16. Suhu Dan Kalor

103
L B A P L B A P Dinding adiabatik Dinding diatermik Kode FIS.16 BAGIAN PROYEK PENGEMBANGAN KURIKULUM DIREKTORAT PENDIDIKAN MENENGAH KEJURUAN DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN DASAR DAN MENENGAH DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL 2004

Transcript of 16. Suhu Dan Kalor

Page 1: 16. Suhu Dan Kalor

L

BA

PL

BA

P

Dindingadiabatik

Dindingdiatermik

Kode FIS.16

BAGIAN PROYEK PENGEMBANGAN KURIKULUMDIREKTORAT PENDIDIKAN MENENGAH KEJURUAN

DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN DASAR DAN MENENGAHDEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL

2004

Page 2: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor iii

Suhu dan Kalor

Penyusun:

Dra. Suliyanah, Msi.

Editor:

Dr. Budi Jatmiko, MPd.Drs. Munasir, MS.

BAGIAN PROYEK PENGEMBANGAN KURIKULUMDIREKTORAT PENDIDIKAN MENENGAH KEJURUAN

Kode FIS.16

BAGIAN PROYEK PENGEMBANGAN KURIKULUMDIREKTORAT PENDIDIKAN MENENGAH KEJURUAN

DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN DASAR DAN MENEGAHDEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL

2004

Page 3: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor iv

Kata Pengantar

Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas

karunia dan hidayah-Nya, kami dapat menyusun bahan ajar modul manual

untuk SMK Bidang Adaptif, yakni mata-pelajaran Fisika, Kimia dan

Matematika. Modul yang disusun ini menggunakan pendekatan pembelajaran

berdasarkan kompetensi, sebagai konsekuensi logis dari Kurikulum SMK Edisi

2004 yang menggunakan pendekatan kompetensi (CBT: Competency Based

Training).

Sumber dan bahan ajar pokok Kurikulum SMK Edisi 2004 adalah modul,

baik modul manual maupun interaktif dengan mengacu pada Standar

Kompetensi Nasional (SKN) atau standarisasi pada dunia kerja dan industri.

Dengan modul ini, diharapkan digunakan sebagai sumber belajar pokok oleh

peserta diklat untuk mencapai kompetensi kerja standar yang diharapkan

dunia kerja dan industri.

Modul ini disusun melalui beberapa tahapan proses, yakni mulai dari

penyiapan materi modul, penyusunan naskah secara tertulis, kemudian

disetting dengan bantuan alat-alat komputer, serta divalidasi dan diujicobakan

empirik secara terbatas. Validasi dilakukan dengan teknik telaah ahli (expert-

judgment), sementara ujicoba empirik dilakukan pada beberapa peserta

diklat SMK. Harapannya, modul yang telah disusun ini merupakan bahan dan

sumber belajar yang berbobot untuk membekali peserta diklat kompetensi

kerja yang diharapkan. Namun demikian, karena dinamika perubahan sain

dan teknologi di industri begitu cepat terjadi, maka modul ini masih akan

selalu dimintakan masukan untuk bahan perbaikan atau direvisi agar supaya

selalu relevan dengan kondisi lapangan.

Pekerjaan berat ini dapat terselesaikan, tentu dengan banyaknya

dukungan dan bantuan dari berbagai pihak yang perlu diberikan penghargaan

dan ucapan terima kasih. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini tidak

berlebihan bilamana disampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang

Page 4: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor v

sebesar-besarnya kepada berbagai pihak, terutama tim penyusun modul

(penulis, editor, tenaga komputerisasi modul, tenaga ahli desain grafis) atas

dedikasi, pengorbanan waktu, tenaga, dan pikiran untuk menyelesaikan

penyusunan modul ini.

Kami mengharapkan saran dan kritik dari para pakar di bidang

psikologi, praktisi dunia usaha dan industri, dan pakar akademik sebagai

bahan untuk melakukan peningkatan kualitas modul. Diharapkan para

pemakai berpegang pada azas keterlaksanaan, kesesuaian dan fleksibilitas,

dengan mengacu pada perkembangan IPTEK pada dunia usaha dan industri

dan potensi SMK dan dukungan dunia usaha industri dalam rangka membekali

kompetensi yang terstandar pada peserta diklat.

Demikian, semoga modul ini dapat bermanfaat bagi kita semua,

khususnya peserta diklat SMK Bidang Adaptif untuk mata-pelajaran

Matematika, Fisika, Kimia, atau praktisi yang sedang mengembangkan modul

pembelajaran untuk SMK.

Jakarta, Desember 2004a.n. Direktur Jenderal PendidikanDasar dan MenengahDirektur Pendidikan Menengah Kejuruan,

Dr. Ir. Gatot Hari Priowirjanto, M.Sc.NIP 130 675 814

Page 5: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor vi

DAFTAR ISI

q Halaman Sampul ........................................................................ iq Halaman Francis......................................................................... iiq Kata Pengantar .......................................................................... iiiq Daftar Isi ................................................................................... vq Peta Kedudukan Modul ............................................................... viiq Daftar Judul Modul ..................................................................... viiiq Glosary ..................................................................................... ix

I. PENDAHULUAN

a. Deskripsi .............................................................................. 1b. Prasarat ............................................................................... 2c. Petunjuk Penggunaan Modul ................................................. 2d. Tujuan Akhir ........................................................................ 3e. Kompetensi .......................................................................... 4f. Cek Kemampuan .................................................................. 5

II. PEMELAJARAN

A. Rencana Belajar Peserta Diklat ....................................... 6

B. Kegiatan Belajar

1. Kegiatan Belajar ........................................................ 7 a. Tujuan Kegiatan Pemelajaran .................................... 7 b. Uraian Materi............................................................ 8 c. Rangkuman.............................................................. 39 d. Tugas ...................................................................... 46 e. Tes Formatif ............................................................. 46 f. Kunci Jawaban.......................................................... 47 g. Lembar Kerja ........................................................... 20

2 Kegiatan Belajar ........................................................ 56 a. Tujuan Kegiatan Pemelajaran .................................... 56 b. Uraian Materi............................................................ 56 c. Rangkuman.............................................................. 71 d. Tugas ...................................................................... 74 e. Tes Formatif ............................................................. 74 f. Kunci Jawaban.......................................................... 74 g. Lembar Kerja ........................................................... 46

Page 6: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor vii

III. EVALUASI

A. Tes Tertulis .......................................................................... 79 B. Tes Praktik........................................................................... 80

KUNCI JAWABAN

A. Tes Tertulis .......................................................................... 81 B. Lembar Penilaian Tes Praktik................................................. 88

IV. PENUTUP ................................................................................. 91

DAFTAR PUSTAKA........................................................................... 92

Page 7: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor viii

Peta Kedudukan Modul

FIS.13

FIS.20

FIS.23

FIS.24

FIS.22

FIS.21

FIS.14

FIS.15FIS.18

FIS.19

FIS.16

FIS.17

FIS.25

FIS.26FIS.28FIS.27

FIS.02

FIS.03

FIS.01

FIS.05

FIS.06

FIS.04

FIS.08

FIS.09

FIS.07

FIS.11

FIS.12

FIS.10

Page 8: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor ix

Daftar Judul Modul

No. Kode Modul Judul Modul

1 FIS.01 Sistem Satuan dan Pengukuran

2 FIS.02 Pembacaan Masalah Mekanik

3 FIS.03 Pembacaan Besaran Listrik

4 FIS.04 Pengukuran Gaya dan Tekanan

5 FIS.05 Gerak Lurus

6 FIS.06 Gerak Melingkar

7 FIS.07 Hukum Newton

8 FIS.08 Momentum dan Tumbukan

9 FIS.09 Usaha, Energi, dan Daya

10 FIS.10 Energi Kinetik dan Energi Potensial

11 FIS.11 Sifat Mekanik Zat

12 FIS.12 Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar

13 FIS.13 Fluida Statis

14 FIS.14 Fluida Dinamis

15 FIS.15 Getaran dan Gelombang

16 FIS.16 Suhu dan Kalor

17 FIS.17 Termodinamika

18 FIS.18 Lensa dan Cermin

19 FIS.19 Optik dan Aplikasinya

20 FIS.20 Listrik Statis

21 FIS.21 Listrik Dinamis

22 FIS.22 Arus Bolak-Balik

23 FIS.23 Transformator

24 FIS.24 Kemagnetan dan Induksi Elektromagnetik

25 FIS.25 Semikonduktor

26 FIS.26 Piranti semikonduktor (Dioda dan Transistor)

27 FIS.27 Radioaktif dan Sinar Katoda

28 FIS.28 Pengertian dan Cara Kerja Bahan

Page 9: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor x

Glossary

ISTILAH KETERANGAN

Fenomena efek termal Peristiwa yang diakibatkan oleh adanya perubahansuhu.

Termometer Alat yang digunakan untuk mengukur suhu suatubenda.

Pirometer optik Alat untuk mengukur suhu yang tinggi.Temperatur Suhu suatu benda.Pengukuran suhu secarakualitatif

Pengukuran suhu dengan menggunakanpancaindra.

Pengukuran suhu secarakuantitatif

Pengukuran suhu dengan menggunakan alat(termometer).

Konversi skala suhu Kesetaraan suhu antara termometer satu dengantermometer yang lain.

Temperatur nol mutlak Suhu suatu benda pada temperatur 273 Kelvin.Dinding adiabatik Suatu dinding yang tidak dapat menghantarkan

kalor (isolator).Dinding diatermik Suatu dinding yang dapat menghantarkan kalor

(konduktor).Kesetimbangan termal Suatu keadaan dimana suhu antara dua benda atau

lebih dalam keadaan sama atau tidak terjadipertukaran kalor.

Titik tetap atas Skala atas termometer.Steam point Suhu campuran air dan uap dalam keadaan

setimbang pada tekanan 1 atmosfer.Titik tetap bawah Skala bawah termometer.Ice point Suhu campuran es dan air dalam keadaan

setimbang dengan udara jenuh pada tekanan 1atmosfer.

Termo elemen Elemen yang bekerja berdasarkan perubahan suhu.Junction Hubungan antara dua benda.Zat termometrik Zat-zat yang mempunyai sifat yang berubah bila

suhunya berubah.Sifat termometrik Besaran-besaran fisis yang berubah bila suhunya

berubah.Titik tripel air Suatu keadaan dimana fase padatan, cairan dan

uap berada dalam keadaan kesetimbangan.Skala suhu mutlak Skala pada termometer Kelvin.Elektromotansi termal Perubahan suhu yang diakibatkan oleh arus listrik

atau loncatan muatan listrik pada suatu benda.

Page 10: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor xi

Reprodukbilitas Usaha untuk memperbanyak suatu benda.Muai raksa Kemampuan air raksa untuk memuai akibat

perubahan suhu.Muai gelas Kemampuan gelas untuk memuai akibat perubahan

suhu.Ekspansi linier Perubahan ukuran panjang suatu benda akibat

perubahan suhu.Koefisien ekspansi linier Perbandingan antara pertambahan panjang zat (∆L)

dengan panjang semula (L0), untuk setiapkenaikkan suhu sebesar satu satuan suhu (∆T).

Muai luas Perubahan luas akibat perubahan suhu benda suatubenda.

Muai volume Perubahan volume akibat perubahan suhu padasuatu benda.

Anomali air Penyimpangan sifat air dari sifat umumnya.Ekspansi temperatur Perubahan suhu suatu benda.Muai gas Kemampuan gas untuk memuai akibat perubahan

suhu.Gas ideal Gas yang memenuhi persamaan P V= n R T untuk

semua tekanan dan suhu bernilai konstan.Gas riil Gas yang memenuhi persaman P V = n R T dan

dipengaruhi oleh perubahan suhu.Kalor Salah satu bentuk energi.Kalorimeter Alat untuk mengukur kalor.Energi Kemampuan untuk melakukan usaha.Kalor jenis Banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepaskan

(Q) untuk menaikkan atau menurunkan suhu satusatuan massa zat itu (m) sebesar satu satuan suhu(∆T).

Kapasitas kalor Banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepaskan(Q) untuk mengubah suhu benda sebesar satusatuan suhu (∆T).

Melebur Perubahan wujud zat dari padat ke cair.Mengembun Perubahan wujud zat dari gas ke cair.Menguap Perubahan wujud zat dari cair ke gas.Membeku Perubahan wujud zat dari cair ke padat.Deposisi Perubahan wujud zat dari gas ke padat.Menyublim Perubahan wujud zat dari padat ke gas.Perubahan fase Perubahan wujud zat akibat adanya perubahan

suhu pada suatu benda.Titik tetap standard Titik atas pada termometer (1000C) dan titik bawah

pada termometer (00C).Kalor laten Banyaknya kalor yang dibutuhkan atau dilepaskan

pada saat perubahan fase atau wujud suatu zat.

Page 11: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor xii

Kalor lebur Banyaknya kalor yang diserap dari wujud cairmenjadi uap pada titik leburnya.

Kalor beku Banyaknya kalor yang dilepaskan dari wujud cairmenjadi padat pada titik bekunya.

Kalor didih Banyaknya kalor yang diserap dari wujud cairmenjadi uap pada titik didihnya.

Kalor embun Banyaknya kalor yang dilepaskan dari wujud uapmenjadi cair pada titik embunnya.

Konduksi Perpindahan kalor yang tidak diikuti olehperpindahan partikel-partikel zat tersebut.

Konveksi Perpindahan kalor yang diikuti oleh perpindahanpartikel-partikel zat tersebut.

Radiasi Perpindahan kalor tanpa memerlukan medium.Konduktivitas Kemampuan suatu benda dalam menghantarkan

kalor.

Page 12: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 1

BAB I. PENDAHULUAN

A. Deskripsi

Ruang lingkup modul ini meliputi materi suhu dan kalor. Materi

suhu terdiri dari pengertian suhu, kesetimbangan termal suatu sistem,

perbedaan dinding diatermik dan dinding adiabatik, hukum ke-nol

termodinamika/hukum kesetimbangan termal, cara penentuan kuantitatif

skala suhu, penentuan skala suhu dibatasi pada penetapan dua titik tetap,

penentuan skala suhu dibatasi pada penetapan sel titik tripel, besaran fisis

yang berubah karena adanya perubahan suhu, pengertian zat

termometrik disertai contohnya, sifat termometrik, hubungan konversi

skala suhu Celcius, Kelvin, Rankine, Reamur, dan Fahrenheit, prinsip kerja

lima macam termometer, perubahan sifat benda bila mengalami

perubahan suhu, konsep pemuaian/ekspansi temperatur, peristiwa

anomali air, muai volume gas berkaitan dengan hukum Boyle, Charles,

Gay Lussac, dan Boyle Gay Lussac.

Materi kalor terdiri atas pengertian kalor, alat yang digunakan

untuk mengukur kalor, definisi satu kalori, satuan kalor yang lain dan

konversinya, pengertian kalor jenis suatu zat, pengertian kapasitas kalor

suatu zat, azas Black, perubahan wujud zat (melebur, membeku,

menguap, mengembun, deposisi, melenyap/menyublim), diagram

perubahan, panas peleburan atau kalor lebur, panas penguapan atau

kalor uap, panas pengembunan, panas pembekuan, titik lebur dan titik

beku, titik didih dan titik pengembunan, perpindahan kalor secara

konduksi (hantaran), konveksi (aliran), radiasi (pancaran).

Pada akhir bab pada modul ini, diberikan contoh soal dan latihan

soal yang berkaitan dengan materi yang telah dipelajari dengan maksud

untuk membantu para peserta diklat, peserta didik SMK dalam memahami

materi Fisika bagian termofisika khususnya suhu dan kalor.

Page 13: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 2

B. Prasyarat

Untuk mempelajari modul ini dengan lancar, anda harus sudah

memahami ketiga besaran pokok dalam mekanika dan dapat

mengoperasikan persamaan matematis yang berkaitan dengan konsep-

konsep dalam menyelesaikan persoalan materi suhu dan kalor yang

diberikan.

Anda juga harus melakukan percobaan dengan benar untuk

menemukan konsep yang berkaitan dengan materi suhu dan kalor dengan

benar.

C. Petunjuk Penggunaan Modul

1. Pelajari daftar isi serta kedudukan modul dengan cermat dan teliti,

karena dalam skema modul akan nampak kedudukan modul yang

sedang anda pelajari ini dengan modul-modul yang lainnya.

2. Perhatikan langkah-langkah dalam melakukan pemahaman konsep

dengan benar serta proses penemuan hubungan antar konsep yang

dapat menambah wawasan anda sehingga mendapatkan hasil yang

optimal.

3. Pahami setiap konsep dasar pendukung modul, misalnya matematika

dan mekanika.

4. Jawablah tes formatif dengan jawaban yang singkat, tepat, dan

kerjakan sesuai dengan kemampuan anda setelah mempelajari modul

ini.

5. Bila dalam mengerjakan tugas/soal anda menemukan kesulitan,

konsultasikan dengan konsultan/instruktur yang ditunjuk.

6. Setiap menemukan kesulitan, catatlah untuk dibahas saat kegiatan

tatap muka.

7. Bacalah referensi lain yang berhubungan dengan materi dalam modul

ini untuk menambah wawasan anda.

Page 14: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 3

D. Tujuan Akhir

Setelah mempelajari modul ini diharapkan Anda dapat:

§ Menjelaskan pengertian suhu dengan benar.

§ Menjelaskan tentang kesetimbangan termal suatu sistem.

§ Menjelaskan perbedaan dinding diatermik dan dinding adiabatik.

§ Menjelaskan hukum ke-nol termodinamika/hukum kesetimbangan

termal.

§ Menjelaskan cara penentuan kuantitatif skala suhu.

§ Menjelaskan penentuan skala suhu dibatasi pada penetapan dua titik

tetap.

§ Menjelaskan penentuan skala suhu dibatasi pada penetapan sel titik

tripel.

§ Menjelaskan minimal tujuh contoh besaran fisis yang berubah karena

adanya perubahan suhu.

§ Menjelaskan dengan benar pengertian zat termometrik disertai

contohnya.

§ Menjelaskan sifat termometrik dengan benar disertai contoh.

§ Menjelaskan bagaimanakah hubungan konversi skala suhu Celcius,

Kelvin, Rankine, Reamur, dan Fahrenheit.

§ Menjelaskan prinsip kerja lima macam termometer disertai contoh

dengan benar.

§ Menjelaskan kemungkinan perubahan sifat benda bila mengalami

perubahan suhu.

§ Menjelaskan konsep pemuaian/ekspansi temperatur dengan benar.

§ Menjelaskan peristiwa anomali air dengan benar.

§ Menjelaskan muai volume gas berkaitan dengan hukum Boyle, Charles,

Gay Lussac, dan Boyle Gay Lussac.

Page 15: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 4

E. KompetensiKompetensi : MEMAHAMI PENGARUH SUHU DAN KALOR TERHADAP ZATProgram Keahlian : Program AdaptifMata Diklat-Kode : FISIKA-FIS.14

Durasi Pembelajaran : 14 jam @ 45 menit

MATERI POKOK PEMBELAJARANSUBKOMPETENSI

KRITERIAUNJUK KINERJA

LINGKUPBELAJAR SIKAP PENGETAHUAN KETERAMPILAN

1. Mengukursuhu

Suhu diukur denganmenggunakan termometer

Materi kompetensi inimembahas tentang:- Suhu- Pengukuran suhu

dengan skala derajatC,R,F dan K

Teliti dalammengukur suhubenda

- Pengertian suhu- Perhitungan

pengukuran suhu

Menghitung suhudengan skaladerajat C,R,F danK

2. Menghitungkalor

Kalor jenis dan kapasitaskalor ditetapkan sesuaikonsep kalor

-Kalor jenis dankapasitas kalor

-Azas Black

Teliti dalammenghitung kalorjenis dankapasitas kalor

- Pengertian kalor- Perhitungan kalor

jenis dan kapasitaskalor

Menghitung kalorjenis dan kapasitaskalor

3. Menjelaskanpengaruh kalorterhadap zat

- Pemuaian zat padat,zat cair dan gasditentukan dengancara pemuaian zat.

- Perubahan wujud danperpindahan kalordilakukan olehperlakuan panas.

-Pemuaian zat-Perubahan wujud-Perpindahan kalor

konduksi, konveksidan radiasi.

Teliti dalammenjelaskanpemuaian zat,perubahan wujuddan perpindahankalor.

- Perhitunganpemuaian zat padat,zat cair dan gas.

- Pengertian melebur,mengembang danmembeku.

- Perpindahan kalorcara konduksi,konveksi danradiasi.

-Menghitungpemuaian zatpadat, cair dangas.

- Menghitungperpindahankalor.

Page 16: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 5

F. Cek Kemampuan

Kerjakanlah soal-soal berikut ini, jika anda dapat mengerjakan

sebagian atau semua soal berikut ini, maka anda dapat meminta langsung

kepada instruktur atau guru untuk mengerjakan soal-soal evaluasi untuk

materi yang telah anda kuasai pada BAB III.

1. Jelaskan pengertian suhu dengan benar!

2. Jelaskan tentang kesetimbangan termal suatu sistem!

3. Jelaskan perbedaan dinding diatermik dan dinding adiabatik!

4. Jelaskan hukum ke-nol Termodinamika/hukum kesetimbangan termal!

5. Jelaskan cara penentuan kuantitatif skala suhu!

6. Jelaskan penentuan skala suhu dibatasi pada penetapan dua titik

tetap!

7. Jelaskan penentuan skala suhu dibatasi pada penetapan sel titik tripel!.

8. Jelaskan minimal tujuh contoh besaran fisis yang berubah karena

adanya perubahan suhu!

9. Jelaskan dengan benar pengertian zat termometrik disertai contohnya!

10. Jelaskan sifat termometrik dengan benar disertai contoh!

11. Jelaskan bagaimanakah hubungan konversi skala suhu Celcius, Kelvin,

Rankine, Reamur, dan Fahrenheit!

12. Jelaskan prinsip kerja lima macam termometer disertai contoh dengan

benar!

13. Jelaskan kemungkinan perubahan sifat benda bila mengalami

perubahan suhu!

14. Jelaskan konsep pemuaian/ekspansi temperatur dengan benar!

15. Jelaskan peristiwa anomali air dengan benar!

16. Jelaskan muai voleme gas berkaitan dengan hukum Boyle, Charles,

Gay Lussac, dan Boyle Gay Lussac!

Page 17: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 6

BAB II. PEMBELAJARAN

Kompetensi : Memahami Pengaruh Suhu dan Kalor terhadap suatu zat

Sub Kompetensi : 1. Mengukur Suhu 2. Menghitung Kalor 3. Menjelaskan Pengaruh Kalor terhadap Zat

Tulislah semua jenis kegiatan yang Anda lakukan di dalam tabel kegiatan di

bawah ini. Jika ada perubahan dari rencana semula, berilah alasannya

kemudian mintalah tanda tangan kepada guru atau instruktur Anda.

Jenis Kegiatan Tanggal Waktu Tempat

BelajarAlasan

Perubahan

TandaTanganGuru

A. RENCANA BELAJAR SISWA

Page 18: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 7

1. Kegiatan Belajar 1

a. Tujuan Kegiatan Pembelajaran

Setelah mempelajari kegiatan belajar ini, diharapkan siswa dapat:

§ Menjelaskan pengertian suhu dengan benar.

§ Menjelaskan kesetimbangan termal suatu sistem.

§ Menjelaskan perbedaan dinding diatermik dan dinding adiabatik.

§ Menjelaskan hukum ke-nol termodinamika/hukum kesetimbangan

termal.

§ Menjelaskan cara penentuan kuantitatif skala suhu.

§ Menjelaskan penentuan skala suhu dibatasi pada penetapan dua

titik tetap.

§ Menjelaskan penentuan skala suhu dibatasi pada penetapan sel

titik tripel.

§ Menjelaskan minimal tujuh contoh besaran fisis yang berubah

karena adanya perubahan suhu.

§ Menjelaskan dengan benar pengertian zat termometrik disertai

contohnya.

§ Menjelaskan sifat termometrik dengan benar disertai contoh.

§ Menjelaskan hubungan konversi skala suhu Celcius, Kelvin,

Rankine, Reamur, dan Fahrenheit.

§ Menjelaskan prinsip kerja lima macam termometer disertai contoh

dengan benar.

§ Menjelaskan kemungkinan perubahan sifat benda bila mengalami

perubahan suhu.

§ Menjelaskan konsep pemuaian/ekspansi temperatur dengan benar.

§ Menjelaskan peristiwa anomali air dengan benar.

§ Menjelaskan muai volume gas berkaitan dengan hukum Boyle,

Charles, Gay Lussac, dan Boyle Gay Lussac.

B. KEGIATAN BELAJAR

Page 19: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 8

b. Uraian Materi

1) Konsep Suhu dan Kesetimbangan Termal

Pada pembahasan untuk menjelaskan keadaan setimbang suatu

sistem mekanis telah dibicarakan fenomena mekanika yang berpijak pada

tiga besaran dasar yang tak terdefinisikan yaitu besaran panjang, massa,

dan waktu. Pada pembahasan berikut akan ditelaah beberapa fenomena

yang disebut efek termal atau fenomena panas. Fenomena ini

menyangkut aspek-aspek yang pada dasarnya bukan bersifat mekanis.

Untuk menjelaskan hal ini diperlukan suatu besaran tak terdefinisikan

yang keempat yaitu suhu. Kita dapat merasakan panas atau dinginnya

sesuatu dengan indera peraba.

Jika kita dekat dengan api maka kita merasa panas, sedangkan bila

kita menyentuh es maka kita merasa dingin. Tetapi indera peraba kita

tidak dapat menyatakan secara tepat derajat panas dinginnya suatu

benda. Saat kita menyentuh sebuah benda, sifat yang disebut suhu atau

temperatur diterangkan berdasarkan indera suhu kita. Suhu tersebut akan

menunjukkan apakah benda itu akan terasa panas atau dingin.

Semakin panas berarti suhu semakin tinggi. Memperkirakan suhu

tersebut berarti kita menyatakan hanya secara kualitatif. Oleh karena itu,

untuk menyatakan suhu dengan tepat secara kuantitatif (dengan angka-

angka) diperlukan beberapa kegiatan yang bukan bergantung pada cita

rasa kita mengenai panas atau dingin tetapi pada besaran-besaran yang

dapat diukur. Berikut akan dijelaskan cara menentukan suhu dengan

tepat secara kuantitatif. Ada beberapa sistem sederhana tertentu yang

keadaannya masing-masing dapat diperinci dengan cara mengukur harga

satu besaran fisis saja. Sebagai contoh, akan ditinjau suatu sistem berupa

cairan, misalnya alkohol atau raksa yang berada di dalam tabung

berdinding tipis, seperti gambar di bawah ini.

Page 20: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 9

Keadaan sistem pada gambar 1.1a. dapat diperinci berdasarkan

panjang kolom cairan yang dinyatakan dengan notasi L. Panjang kolom

cairan ini dihitung mulai dari sebuah titik yang dipilih sesuai keperluan

dan selanjutnya kolom cairan L ini disebut koordinat keadaan. Perhatikan

sistem sederhana lain seperti diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Mengilustrasikan bejana berdinding tipis berisi gas yang volumenya

konstan, dengan koordinat keadaan tekanan yang besarnya dapat dibaca

pada alat ukur tekanan.

Dalam bagian berikut sebagai alat ukur tekanan dipakai kumparan

kawat halus dengan tegangan konstan yang koordinat keadaannya adalah

harga hambatan listrik, dan juga akan dipakai hubungan (junction) dua

jenis logam yang memiliki koordinat keadaan berupa gaya gerak listrik di

antara kedua ujung-ujungnya.

Dinding gelas tebal

Dinding gelas tipis

Kapiler bervolume kecil

Tabung bervolume besar

Tingginol

L

Gas pada volume konstan

Page 21: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 10

Pada gambar di atas diandaikan A adalah sistem cairan dalam

kapiler dengan koordinat keadaan panjang kolom cairan L, dan B adalah

sistem gas pada volume konstan dengan koordinat keadaan P. Jika sistem

A dan B dihubungkan, pada umumnya kedua koordinat keadaan berubah.

Jika sistem A dan B dipisahkan, perubahan itu berlangsung lebih lambat

dan kalau di antara kedua sistem A dan B terdapat pemisah yang terbuat

dari kayu, asbes, gips dan lain sebagainya maka harga-harga koordinat

keadaan L dan P hampir tidak saling ketergantungan.

Misalkan, ada pemisah sempurna yang disebut dinding adiabatik bila

digunakan untuk memisahkan dua sistem maka memungkinkan koordinat-

koordinat keadaan tidak saling ketergantungan dapat mempunyai harga

yang bervariasi dalam daerah yang sangat besar intervalnya. Hakekatnya

dinding adiabatik sempurna adalah suatu idealisasi yang tidak mungkin

direalisasi dengan sempurna tetapi yang mungkin direalisasi adalah

dinding yang bersifat hampir adiabatik, seperti pada gambar di bawah ini.

L

BA

P

L

BA

P

Dindingadiabatik

Dindingdiatermik

Page 22: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 11

Diilustrasikan dengan garis hitam tebal.Jika sistem A dan B

diletakkan bersentuhan atau terpisah dengan cara memberi pemisah yang

terbuat dari logam tipis, koordinat keadaan masing-masing mungkin

berubah atau mungkin tetap. Suatu dinding yang memungkinkan

koordinat keadaan sistem mempengaruhi koordinat sistem yang lain,

disebut dinding diatermik. Dinding diatermik yang paling praktis berupa

lembaran tembaga tipis, seperti dalam gambar di bawah ini.

Dinding diatermik diilustrasikan sebagai garis hitam transparan. Cepat

atau lambat suatu saat perubahan koordinat keadaan sistem A dan B

akan berhenti. Keadaan dua sistem yang sudah terhenti perubahan

koordinat keadaannya disebut kesetimbangan termal.

L

BA

P

Dindingadiabatik

L

BA

P

Dindingdiatermik

Page 23: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 12

Diumpamakan dua sistem A dan B yang dipisahkan oleh dinding

adiabatik dan masing-masing bersentuhan dengan sistem C melalui

sebuah dinding diatermik. Seluruh sistem tersebut terkurung oleh dinding

adiabatik. Dari hasil percobaan memperlihatkan bahwa kedua sistem A

dan B akan mencapai kesetimbangan termal dengan sistem ketiga (C)

dan tidak akan ada perubahan lagi, jika dinding adiabatik yang

memisahkan sistem A dan B diganti dengan dinding diatermik. Seperti

diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Jika sistem A dan B dibiarkan mencapai kesetimbangan dengan C

pada waktu yang bersamaan, tetapi mula-mula didapatkan

kesetimbangan antara A dan C, kemudian kesetimbangan antara B dan C

(keadaan sistem C sama dalam kedua hal tersebut), maka bila sistem A

dan C dibiarkan berinteraksi melalui dinding diatermik, kedua sistem

ternyata dalam kesetimbangan termal. Yang dimaksud dua sistem ada

dalam kesetimbangan termal, yaitu kedua sistem dalam keadaan

sedemikian rupa sehingga jika kedua sistem itu berhubungan melalui

SistemA

SistemB

Sistem C

SistemA

SistemB

Sistem C

Page 24: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 13

dinding diatermik, sistem gabungan ini akan tetap dalam keadaan

kesetimbangan termal. Hasil percobaan ini dapat dinyatakan secara

ringkas sebagai berikut: dua sistem yang ada dalam kesetimbangan

termal dengan sistem ketiga, berarti dalam kesetimbangan termal satu

sama lain. Pernyataan di atas disebut hukum ke-nol termodinamika.

Suhu suatu sistem adalah sifat yang menentukan apakah sistem itu

setimbang termal dengan sistem yang lain atau tidak. Apabila dua sistem

atau lebih berada dalam kesetimbangan termal maka sistem-sistem itu

dikatakan mempunyai suhu yang sama. Suhu semua sistem yang berada

dalam keadaan setimbang termal dapat dinyatakan dengan angka. Untuk

menyatakan suhu dengan angka (secara kuantitatif) diperlukan alat

yang disebut termometer.

Beberapa ciri khas yang ada pada termometer adalah:

• Kepekaannya (perubahan koordinat keadaan akibat adanya sedikit saja

perubahan suhu dapat terukur).

• Ketelitiannya dalam mengukur koordinat keadaan.

• Reproduksibilitasnya artinya dapat dan mudah diperbanyak.

Perlu diperhatikan satu lagi sifat yang sering dikehendaki dari termometer

adalah kecepatannya dalam mencapai kesetimbangan termal dengan

sistem yang lain, dan penentuan skala dalam termometer agar dapat

dilakukan pengukuran suhu secara kuantitatif.

2) Penentuan Kuantitatif Skala Suhu dan Sifat Termometrik

Untuk menentukan skala suhu secara kuantitatif diperlukan suatu

titik tetap. Sebelum tahun 1954, digunakan dua titik tetap yaitu titik uap

(steam point) yang dinyatakan sebagai titik tetap atas dan titik es (ice

point) yang dinyatakan sebagai titik tetap bawah. Suhu pada titik uap,

didefinisikan sebagai suhu air dan uap yang berada dalam keadaan

setimbang pada tekanan 1 atmosfer. Suhu pada titik es adalah suhu

campuran es dan air dalam keadaan setimbang dengan udara jenuh

pada tekanan 1 atmosfer. Pada skala Celcius, titik es diberi angka 0 dan

Page 25: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 14

titik uap diberi angka 100.

Dapat dinyatakan pula bahwa suhu adalah suatu besaran skalar

yang dipunyai semua sistem termodinamika sedemikian rupa sehingga

kesamaan suhu adalah syarat yang perlu dan cukup untuk kesetimbangan

termal. Beberapa besaran fisis yang berubah karena adanya perubahan

suhu antara lain:

• perubahan panjang kolom cairan (L),

• hambatan listrik pada kawat (R),

• tekanan gas pada volume konstan (P),

• volume gas pada tekanan konstan (V),

• gaya gerak listrik ( ),

• intensitas cahaya (I).

Zat-zat yang mempunyai sifat yang berubah bila suhunya berubah

disebut zat termometrik (thermometric substance), dan besaran-besaran

fisis yang berubah bila suhunya berubah disebut sifat termometrk

(thermometric property). Sejak tahun 1954, hanya satu titik tetap baku

(standart) yang telah dipakai, disebut titik tripel air (tripel point of water)

yaitu keadaan air murni sebagai campuran dari es, air, dan uap yang

berada bersama-sama dalam keadaan kesetimbangan. Tekanan pada titik

tripel air adalah 4,58 mmHg dan suhu pada titik tripel air adalah 273,16 K.

Pada pembahasan berikut akan diuraikan mengenai penentuan

kuantitatif skala suhu atau pengukuran suhu dengan menggunakan sel

titik tripel air. Didefinisikan bahwa nisbah (ratio) dua suhu empirik T2(X)

dan T1(X) adalah sama dengan nisbah (ratio) nilai sifat termometrik X2

dan X1 yang bersangkutan, sehingga diperoleh hubungan sebagai berikut:

T2(X) = X2 .................................................... (1) T1(X) X1

Untuk memperoleh titik tripel air adalah sebagai berikut: air dengan

kemurnian tinggi dengan komposisi isotropik yang sama dengan air laut

Page 26: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 15

dimasukkan ke dalam bejana, yang bagannya terlihat dalam gambar di

bawah ini.

Jika semua udara di dalam bejana sudah tidak ada karena telah

didesak air, bejana ditutup rapat. Dengan memasukkan campuran

pembeku ke dalam ruang antara kedua kaki tabung (bagian lekuk) maka

terbentuk lapisan es di sekitar dinding bejana bagian dalam dan bagian

atas terkumpul uap air. Jika campuran pembeku diganti dengan bola

termometer maka lapisan tipis es di dekatnya melebur. Selama waktu

fase padatan, cairan, dan uap ada dalam kesetimbangan, sistem

dikatakan berada pada titik tripel.

Pengukuran suhu dan penentuan suhu dengan menggunakan titik

tripel sebagai titik tetap baku dapat dijelaskan sebagai berikut: andaikan

sifat termometrik yang perubahannya sebanding dengan perubahan suhu

dinyatakan dengan X maka fungsi termometrik T(X) yang menentukan

skala suhu dapat ditulis:

T(X) = a.X .................................................................... (2)

Dengan: a = konstanta yang bergantung pada zat termometrik.

Jika dinyatakan nilai-nilai pada titik tripel dengan indeks tr maka didapat

rumus penentuan suhu untuk setiap termometer sebagai berikut:

T(X) = XT(Xtr) Xtr

Atau:

Campuran air dan Es

Sel yang ditutup

Sumur termometer Es

Botol vakum

AirUap air

Page 27: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 16

T(X) = T(Xtr). X …………………………………………... (3) Xtr

Dengan: T(Xtr) adalah suhu tripel atau : T(Xtr) = 273,16 K

Persamaan (3) dapat ditulis: T(X) = 273,16 K. X …………. (4) Xtr

Substitusi persamaan (4) ke persamaan (2) maka didapatkan:

a = 273,16K .......................................... (5) Xtr

Dengan : T(X) = suhu yang hendak diukur

T(Xtr) = suhu pada titik tripel

X = sifat termometrik pada suhu yang akan diukur

Xtr = sifat termometrik pada suhu tripel

a = konstanta yang bergantung pada zat

termometrik

a. Skala beberapa termometer

Penetapan skala pada termometer diawali dengan pemilihan

dua titik tetap, yaitu titik lebur es sebagai titik tetap bawah dan

titik didih air sebagai titik tetap atas. Kedua titik tetap tersebut

diberi angka, kemudian dibagi-bagi dalam beberapa skala yang

disebut derajat. Berdasarkan prinsip inilah dibuat skala Celcius (C),

skala Reamur (R), skala Fahrenheit (F), skala Kelvin (K), dan

Rankine(Rn).

¡ Skala Celcius (C)

Titik lebur es diberi angka 0, sedangkan titik didih air diberi

angka 100. Daerah antara kedua titik tetap ini dibagi dalam

skala 100.

¡ Skala Reamur (R)

Titik es diberi angka 0, sedangkan titik didih air diberi angka

Page 28: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 17

80. Daerah antara kedua titik ini dibagi dalam 80 skala.

¡ Termometer Fahrenheit (F)

Titik es diberi angka 32, sedangkan titik didih air diberi angka

212. Daerah antara kedua titik tetap ini dibagi dalam 180 skala.

¡ Termometer Kelvin (K)

Titik es diberi angka 273, sedangkan titik didih air diberi angka

373. Daerah antara kedua titik dibagi dalam 100 skala.

¡ Termometer Rankine (Rn)

Titik es diberi angka 492, sedangkan titik didih air diberi angka

672.

Daerah antara kedua titik dibagi dalam 180 skala. Perbandingan

pembagian skala C, R, F, K dan Rn

Dari ilustrasi gambar di atas, didapat konversi dan

hubungan skala suhu Celcius, Reamur, Fahrenheit, Kelvin dan

Rankine sebagai berikut:

C = R = F – 32 = K – 273 = Rn-492 ................. (6)5 4 9 5 9

atau:

C: R: F: K: Rn = 100 skala: 80 skala: 180 skala: 100 skala: 180skala

Atau:

C: R: F: K: Rn = 5: 4: 9 : 5: 9 .............................. (7)

C R F K Rn

672

273 492320 0

80100 212 373

Page 29: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 18

Jika diperhatikan pembagian skala-skala di atas dapatdinyatakan bahwa:

• satu skala Kelvin = satu skala Celcius (1 K = 1oC)• satu skala Fahrenheit = satu skala Rankine (1oF = 1 Rn)

Jadi:

Hubungan antara skala Celcius dengan Reamur adalah:

toC = 5 toR atau toR= 4 toC ......................... (8) 4 5

Hubungan antara skala Celcius dengan Fahrenheit adalah:

toF = 9 toC + 32 atau toC = 5 (toF – 32 ) ........ (9) 5 9

Hubungan antara skala Reamur dengan Fahrenheit adalah:

toF = 9 toR + 32 atau toR = 4 (toF – 32 ) ........ (10) 4 9

Hubungan antara skala Celcius dengan Kelvin adalah:

toC = T(K) - 273 atau T (K) = toC + 273 ……… (11)

Hubungan antara skala Rankine dengan Kelvin adalah:

T(Rn) = 9 T(K) ................................................... (12) 5

b. Beberapa jenis termometer

Sebagaimana telah disebutkan sebelumnya bahwa semua

jenis termometer berdasarkan pada gejala suatu besaran fisis

tertentu berubah apabila suhu berubah. Besaran fisis yang berubah

karena perubahan suhu disebut sifat termometrik (thermometric

property). Apabila suhu suatu zat berubah, maka ada beberapa

sifat zat berubah, antara lain: warnanya (misalnya besi panas),

volumenya, tekanannya, dan daya hantar listriknya (hambatannya).

Sebagai contoh sifat termometrik pada jenis termometer cairan

adalah perubahan kolom cairan (tinggi kenaikan cairan) dalam pipa

Page 30: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 19

kapiler dari gelas, sedangkan contoh zat termometrik

(thermometric substance) adalah jenis cairan dalam pipa kapiler

misalnya alkohol, air raksa.

Dengan memanfaatkan sifat termometrik zat tersebut, orang

dapat membuat beberapa jenis termometer antara lain:

termometer cairan (termometer kaca), termometer gas,

termometer hambatan listrik (pirometer), termokopel, dan

sebagainya.

Tabel 1: Termometer dengan sifat termometriknyaTermometer Sifat Termometrik Lambang

Cairan Panjang kolom cairan LGas volume tetap Tekanan gas PGas tekanan tetap Volume VResistor listrik Resistansi listrik RTermokopel Elektromotansi termal (ggl)Termistor Arus IPirometer Intensitas cahaya I

n Termometer Zat Cair Dalam Gelas

Termometer jenis ini umumnya dibuat dari kaca halus

yang bagian dalamnya berongga dan hampa udara dengan

tabung di bagian bawahnya yang diisi cairan. Perhatikan

gambar di bawah ini.

Termometer zat cair dalam gelas disebut juga termometer

cairan. Cairan yang paling banyak dipakai untuk mengisi tabung

termometer adalah air raksa. Kebaikan air raksa dibanding zat

Titik atas

Titik lebur

Kapiler bervolum kecilL

Page 31: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 20

cair lainnya, antara lain:

§ Segera dapat mengambil panas dari benda yang hendak

diukur suhunya, sehingga suhu raksa dapat segera sama

dengan benda yang diukur.

§ Dapat dipakai untuk mengukur suhu dari yang rendah

sampai yang tinggi (daerah ukurnya besar), karena raksa

mempunyai titik beku -39oC dan titik didih 137oC.

§ Tidak membasahi dinding tabung, sehingga pengukurannya

menjadi lebih teliti.

§ Mudah dilihat karena raksa mengkilap seperti perak.

§ Air raksa memiliki pemuaian yang teratur.

Selain air raksa, dapat juga digunakan cairan alkohol untuk

mengisi tabung termometer. Keunggulan alkohol dibanding

raksa adalah:

§ Alkohol membeku pada suhu yang rendah (titik bekunya -

114oC), tetapi titik didihnya rendah (titik didihnya 78oC).

§ Termometer dengan cairan alkohol sangat baik untuk

mengukur suhu-suhu yang rendah.

n Termometer Gas Volume Tetap

Bila gas dipanaskan dalam ruang tertutup (volume dibuat

tetap), maka tekanannya akan bertambah. Perubahan tekanan

ini dimanfaatkan untuk mengukur suhu pada termometer gas

volume tetap. Bagan skematik termometer gas volume tetap

diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Page 32: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 21

Bahan, konstruksi, dan ukuran termometer ini berbeda-

beda di berbagai biro dan lembaga yang tersebar di seluruh

dunia tempat alat ini digunakan dan bergantung pada sifat gas

serta kisaran daerah suhu yang akan diukur. Gas yang biasa

digunakan adalah gas hidrogen atau helium.

Gas dimasukkan dalam tabung B (biasanya terbuat dari

platina atau lakur platina) yang dihubungkan oleh pipa kapiler

dengan kolom air raksa M. Volume gas dipertahankan tetap

dengan mengatur tinggi kolom air raksa M sampai permukaan

air raksa menyentuh ujung jarum penunjuk dalam ruang di atas

M yang dikenal sebagai ruang buntu. Kolom air raksa M diatur

dengan menaikkan atau menurunkan tandon. Perbedaan tinggi

h antara kedua kolom air raksa M dan M’ diukur ketika tabung B

dikelilingi oleh sistem yang suhunya akan diukur dan ketika

dikelilingi oleh air pada titik tripelnya.

Pengukuran suhu pada termometer gas volume tetap

dirumuskan:

T(P) = 273,16 K. P ……………………………….. (13) Ptr

Tandon airraksa

Jarum penunjuk

M M’

h

TabungB

Page 33: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 22

n Pirometer

Pada umumnya hambatan suatu listrik akan berubah jika

suhunya berubah. Bila suhu naik, hambatan listrik akan menjadi

besar, demikian pula sebaliknya. Termometer yang

menggunakan sifat hambatan listrik ini disebut termometer

hambatan (pirometer).

Pirometer ini khusus untuk mengukur suhu yang sangat

tinggi, misalnya suhu cairan logam di pabrik pengelolaan logam.

Di dunia industri, selain pirometer hambatan, dikenal juga yang

disebut pirometer optik (optical pyrometer). Pirometer optik

terdiri atas sebuah teleskop T. Di dalam tabung teleskop ini ada

filter F dari gelas merah dan sebuah lampu listrik L berukuran

kecil, seperti diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Jika pirometer diarahkan ke api suatu tungku, pengamat

dapat melihat melalui teleskop, filamen lampu yang gelap

dengan latar belakang api tungku yang terang.

Filamen lampu ini dihubungkan dengan baterai B dan reostat R.

Dengan cara memutar tombol reostat, arus di dalam filamen

lampu L dapat diatur sedemikian rupa sehingga terang cahaya

lampu L dapat ditambah berangsur-angsur sampai terang

filamen sama dengan terang latar belakangnya, yaitu api tungku

yang terang, berfungsi sebagai obyek yang akan diukur

suhunya.

FLT

R

B A

Page 34: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 23

Dari pembacaan arus di A, setelah dikaliberasi dan ditera

dalam skala suhu maka suhu obyek dapat diukur. Pada

pirometer optik tidak ada bagian yang harus bersentuhan

dengan benda panas yang akan diukur suhunya maka pirometer

optik dapat digunakan untuk mengukur suhu yang sangat

tinggi, yaitu suhu di atas titik lebur resistor yang dipakai pada

termometer hambatan.

Pengukuran suhu pada pirometer optik dirumuskan

sebagai berikut:

T(I) = 273,16 K. I ................................ (14) Itr

n Termokopel

Bila dua logam yang berbeda jenisnya (terutama berbeda

pemuaiannya) disentuhkan, maka saat suhu berubah timbul

gaya gerak listrik (ggl). Besarnya ggl yang timbul bergantung

pada selisih suhu kedua titik sambung dan jenis pasangan

logam. Perhatikan gambar di bawah ini.

Besarnya ggl yang terjadi dimanfaatkan untuk pengukuran

suhu pada termokopel, yang susunannya dapat dilihat pada

gambar di bawah ini.

Titikhubung

Titik

Tembaga merah

Besi

Page 35: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 24

Elektromotansi termal diukur dengan potensiometer yang

harus diletakkan jauh dari sistem yang suhunya akan diukur.

Sambungan patokan diletakkan dekat dengan sambungan uji

dan terdiri dari dua hubungan ke kawat tembaga yang

dipertahankan pada suhu lebur es. Sambungan patokan terdiri

atas dua hubungan yang satu menghubungkan A dengan

tembaga dan yang satu lagi menghubungkan B dengan

tembaga. Kedua hubungan itu dibuat konstan pada suhu yang

disebut suhu patokan. Sifat termometrik pada termometer ini

adalah gaya gerak listrik (ggl) yang dapat diukur dengan

potensiometer.

Besaran ini dikaliberasi dengan mengukur elektromotansi

termal pada berbagai suhu yang diketahui, dengan sambungan

patokan dijaga tetap pada suhu 0oC. Kisaran daerah suhu yang

diukur suatu termokopel bergantung pada bahan yang

digunakan. Termokopel platina, 10%rodium/platina berkisar

antara 0oC sampai 1600oC.

Yang sering dipakai adalah termokopel yang salah satu

hubungannya terbuat dari platina murni dan yang satu lagi 90%

platina dan 10% radium. Keuntungan termokopel terletak pada

cepatnya mencapai kesetimbangan termal dengan sistem yang

Kawat A

Kawat B

Kawat tembaga

Kawat tembaga

Hubunganpatokan

Ke potensiometer

Hubungan uji

Page 36: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 25

akan diukur suhunya. Jadi termokopel dapat mengikuti

perubahan suhu dengan cepat tetapi tidak begitu cermat seperti

termometer hambatan platina. Pengukuran suhu pada

termokopel dirumuskan sebagai berikut:

T( ) = 273,16 K. …………………………………… (15) tr

n Termometer Hambatan Listrik

Hambatan listrik dari logam akan bertambah apabila suhu

logam naik. Sifat ini yang dipakai sebagai dasar kerja

thermometer hambatan listrik. Jika termometer hambatan listrik

berbentuk kawat halus yang panjang, biasanya kawat itu

dililitkan pada kerangka tipis untuk menghindari regangan

berlebihan ketika kawat mengerut pada waktu dingin.

Dalam keadaan khusus, kawat itu dapat dililitkan pada

atau dimasukkan dalam bahan yang suhunya akan diukur.

Dalam kisaran suhu rendah, termometer hambatan sering kali

terdiri atas hambatan radio dan terbuat dari komposisi karbon

dan kristal germanium yang didoping dengan arsenik dan

dimasukkan dalam kapsul tertutup berisi helium.

Termometer ini dapat ditempelkan pada permukaan zat

yang suhunya akan diukur atau diletakkan dalam lubang yang

digurdi untuk maksud itu. Biasanya hambatan diukur dengan

mempertahankan arus tetap yang besarnya diketahui dalam

termometer itu dan mengukur beda potensial kedua ujung

hambat dengan pertolongan potensiometer yang sangat peka.

Rangkaian yang sering dipakai untuk maksud itu ditunjukkan

pada gambar di bawah ini.

Page 37: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 26

Arus dibuat tetap dengan cara mengatur hambatan geser

sehingga beda potensial kedua ujung hambat baku yang

terpasang seri dengan termometer, seperti terlihat pada

potensiometer pemonitor, tetap sama. Termometer hambatan

platina dapat dipakai untuk pekerjaan yang sangat cermat

dalam kisaran antara -253oC sampai 1200oC.

Pengukuran suhu pada termometer hambatan listrik

dirumuskan sebagai berikut:

T(R) = 273,16 K. R ………………………………… (15) Rtr

3) Pemuaian Zat

Salah satu sifat zat pada umumnya adalah mengalami perubahan

dimensi/ukuran (panjang,luas, dan volume) jika dikenai perubahan

suhu. Jika suatu zat diberi kalor/panas, maka zat tersebut mengalami:

v perubahan suhu (mengalami kenaikan suhu)

v perubahan wujud/fase

v pemuaian/ekspansi (mengalami pertambahan ukuran)

Besarnya pertambahan ukuran/dimensi benda ditentukan oleh:

v jenis benda

BateraiHambatangeser

mA

Hambatanbaku

Termometerhambatan

Ke Potensioutama

Ke Potensiopemonitor

Page 38: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 27

v ukuran benda mula-mula

v jumlah kalor yang diberikan

Benda padat, cair, maupun gas semuanya terdiri dari partikel-

partikel atau molekul-molekul yang senantiasa bergerak dan saling

tarik menarik satu sama lain. Kenaikan temperatur/suhu menyebabkan

jarak rata-rata antara atom-atom bertambah sehingga menyebabkan

benda berekspansi/memuai. Jelasnya, ketika benda dipanaskan, gerak

molekul-molekul bertambah cepat sehingga molekul-molekul akan

terdorong saling menjauhi dan akibatnya volume benda bertambah

besar. Pada keadaan ini dinyatakan bahwa benda tersebut mengalami

pemuaian (berekspansi).

Jika benda didinginkan, maka gerak molekul menjadi lambat

sehingga gaya tarik menarik antar molekul mengecil dan akibatnya

volume benda menyusut. Pada keadaan ini dinyatakan bahwa benda

mengalami penyusutan. Jadi semua benda, baik padat, cair, maupun

gas pada umumnya berekspansi/memuai jika dipanaskan dan

menyusut jika didinginkan, kecuali air pada suhu antara 0oC-4oC, justru

menyusut jika suhu dinaikkan. Contoh zat lainnya yang menyusut jika

dipanaskan adalah bismut dan parafin.

Perubahan ukuran benda karena kenaikan suhu biasanya tidak

besar kadang-kadang tidak dapat diamati terutama pada zat padat,

namun akibatnya dapat dirasakan. Sebagai contoh, rel-rel kereta api

pada siang hari yang panas akan melengkung karena pemuaian apabila

pemasangannya tidak benar, dalam hal ini rel-rel itu tidak diberi

peluang untuk memuai atau ekspansi.

Semestinya di antara sambungan rel-rel kereta api dibuat celah

agar pada siang hari yang panas bila terjadi pemuaian, rel tidak

melengkung. Kadang-kadang celah telah dibuat, namun rel masih

mungkin memanjang dan menutupi celah sehingga batang rel-rel

kereta api melengkung. Untuk mengatasi hal itu, dibuat lubang-lubang

baut berbentuk lonjong seperti terlihat pada gambar.

Page 39: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 28

a) Pemuaian zat padat

Bila zat padat dipanaskan, maka suhunya naik dan memuai.

Pemuaian yang dialami oleh zat padat adalah pemuaian panjang,

pemuaian luas, dan pemuaian volume.

Pemuaian panjang

Beberapa zat padat seperti besi, aluminium, dan tembaga

ternyata mengalami pemuaian yang berbeda ketika dipanaskan.

Batang aluminium dan batang besi yang panjangnya sama, ketika

dipanaskan dengan kenaikkan suhu yang sama, aluminium

memuai lebih dari dua kali pemuaian besi.

Perbedaan sifat muai berbagai zat ditentukan oleh koefisien

muai panjang dari masing-masing zat itu sendiri. Apakah koefisien

muai panjang itu? Perhatikan gambar di bawah ini.

Koefisien muai panjang ( ) didefinisikan sebagai perbandingan

antara pertambahan panjang zat ( L) dengan panjangnya semula

(Lo), untuk setiap kenaikkan suhu sebesar satu satuan suhu ( T).

Definisi ini ditulis dalam bentuk persamaan seperti berikut:

L0 ∆L

LT

celah(a) (b)

Page 40: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 29

= L/(Lo. T) ……………………………………….. (16)

atau dapat ditulis:

L = . Lo. T .............................................. (17)

dengan l = pertambahan panjang (m)

L = LT - Lo .................................................... (18)

Bila persamaan (18) disubtitusikan pada persamaan (17),

maka diperoleh:

LT = Lo. (1 + T) ......................................... (19)

dengan: Lo = panjang mula-mula (m)

LT = panjang pada suhu T (m)

T = perubahan suhu = suhu akhir – suhu awal (oC atau K)

. = koefisien muai panjang (oC-1 atau K-1)

Tabel 2: Koefisien muai panjang beberapa zatNo Zat x 10-6 (K-1) atau (oC-1)1 Seng 262 Aluminium 243 Kuningan 204 Perunggu 195 Tembaga merah 146 Beton/Baja 127 Besi 118 Kaca 99 Grafit 7,910 Pyrex 3,211 Karbon/berlian 1,212 Invar 1,013 Silika 0,42

Pemuaian luas

Benda padat yang berbentuk bidang seperti pelat-pelat besi

atau lembaran kaca, lebih tepat ditinjau muai luasnya atau muai

bidangnya. Pemuaian luas berbagai zat bergantung pada koefisien

muai luasnya.

Koefisien muai luas suatu zat ( ) adalah perbandingan antara

pertambahan luas zat ( A) dengan luas semula (Ao), untuk setiap

Page 41: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 30

kenaikkan suhu sebesar satu satuan suhu ( T).Perhatikan gambar

berikut:

Definisi tersebut di atas dinyatakan dalam bentuk rumus

sebagai berikut:

= A/ (Ao. T) ......................................... (20)

Atau:

A= . (Ao. T) .......................................... (21)

dengan A= pertambahan luas (m2)

A=AT –Ao ........................................................................ .... (22)

Dengan penalaran yang sama, seperti pada pemuaian panjang,

pada pemuaian luas berlaku persamaan:

AT = Ao (1 + . T) ....................................... (23)

dengan:

Ao= luas mula-mula (m2)

AT= luas setelah dipanaskan (m2)

T= kenaikkan suhu (K atau oC)

= koefisien muai luas (K-1atau oC-1)

Hubungan koefisien muai luas ( ) dengan koefisien muai

panjang ( ) adalah sebagai berikut:

= 2 .......................................................... (24)

Benda padat berbentuk kubus, balok, bola dan sebagainya,

ketika dipanaskan akan mengalami pemuaian volume. Pemuaian

∆AAt A0

Page 42: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 31

volume berbagai zat (padat, cair dan gas) bergantung pada koefisien

muai volumenya.

Koefisien volume suatu zat ( ) adalah perbandingan antara

pertambahan volume ( V) dengan volume mula-mula (Vo), untuk

tiap kenaikkan suhu sebesar satu satuan suhu ( T) dinyatakan

dalam bentuk persamaan sebagai berikut:

= V/ (Vo. T) .................................... (25)

Atau:

V= . (Vo. T) ..................................... (26)

dengan V= pertambahan volume (m3)

V=VT –Vo ................................................................... (27)

Dengan penalaran yang sama, seperti pada pemuaian panjang

dan luas, pada pemuaian volume berlaku persamaan:

VT = Vo (1 + . T) ................................ (28)

Dengan:

Vo= volume mula-mula (m3)

VT= volume setelah dipanaskan (m3)

T= kenaikkan suhu (K atau oC)

= koefisien muai volume (K-1atau oC-1)

Hubungan koefisien muai volume ( ) dengan koefisien muai panjang

adalah sebagai berikut:

= 3 ……………………………………………………. (29)

b) Pemuaian zat cair dan gas

Zat cair atau gas selalu mengikuti bentuk wadah. Zat cair

atau gas dimasukkan ke dalam botol, maka bentuknya menyerupai

botol. Karena mempunyai sifat tersebut, maka zat cair dan zat gas

hanya mengalami muai volume saja.

Page 43: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 32

Secara umum, pada pemuaian zat cair dan gas berlaku:

= V/ (Vo. T) ………………………………. (30)

Atau:

V = . (Vo. T) ………………………………… (31)

dengan V= pertambahan volume (m3)

V=VT –Vo ………………………………………………………… …….. (32)

dan

VT = Vo (1 + . T) …………………………… (33)

Pada pemuaian gas tidaklah sesederhana muai zat padat dan

muai zat cair. Pada sistem gas juga hanya terdapat koefisien muai

ruang saja.

Untuk menentukan koefisien muai volume karena kenaikan

suhu, maka tekanan gas harus dijaga tetap dan untuk menentukan

koefisien muai tekanan karena kenaikan suhu, maka volume gas

dijaga tetap.

Jadi pada hakekatnya, akibat kenaikan suhu di dalam gas tertentu

akan terdapat perubahan volume dan tekanan.

Pada pembahasan yang berkaitan dengan sejumlah massa gas,

ada hal-hal yang perlu diperhatikan antara lain:

• volume (V)

• tekanan (P)

• suhu (T)

Ketiga hal itu saling berkaitan, berhubungan dan dapat

berubah-ubah. Adapun hubungan-hubungan yang dapat terjadi

adalah sebagai berikut:

♦ Hubungan tekanan gas (P) dan volume gas (V) dengan suhu gas

(T) tetap yang disebut proses isotermis. Hasil eksperimen Robert

Boyle disimpulkan sebagai hukum Boyle, dapat dinyatakan

sebagai berikut:

”Pada suhu konstan, tekanan gas berbanding terbalik terhadap

Page 44: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 33

volume”

Secara matematis dinyatakan sebagai berikut:

P = konstanta atau P. V = konstanta .... (34) V

Sehingga berlaku:

P1. V1 = P2. V2 ................................................................ (35)

Dengan: P = tekanan gas (N/m2; pascal =Pa)

V = volume gas (m3)

Grafik hubungan P dan V pada suhu tetap (isotermis) dapat

diilustrasikan sebagai berikut:

♦ Hubungan volume gas (V) dan suhu gas (T) dengan tekanan gas

(P) tetap yang disebut proses isobaris. Hasil eksperimen Charles

disimpulkan sebagai hukum Charles, dapat dinyatakan sebagai

berikut:

”Pada tekanan konstan, volume gas dengan massa tertentu

sebanding dengan suhu mutlaknya”.

Secara matematis dinyatakan sebagai berikut:

V = C. T atau V = C ………………………...... (36) T

Sehingga berlaku: V1 = V2 …………………… (37) T1 T2

Dengan: V = volume (m3)

T = suhu mutlak (K)

C = konstanta

Grafik hubungan V dan T dengan tekanan tetap (isobaris)

dapat diilustrasikan sebagai berikut:

V

P

Page 45: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 34

♦ Hubungan tekanan gas (P) dan suhu gas (T) dengan volume

gas (V) tetap yang disebut proses isokhoris atau isovolume.

Hasil eksperimen Gay Lussac disimpulkan sebagai hukum Gay

Lussac, dapat dinyatakan sebagai berikut:

”Pada volume konstan, tekanan gas dengan massa tertentu

sebanding dengan suhu mutlaknya”.

Secara matematis dinyatakan sebagai berikut:

P = C. T atau P = C ……………………….. (38) T

Sehingga berlaku: P1 = P2 …………………. (39) T1 T2

Dengan: P = tekanan (N/m2; pascal = Pa)

T = suhu mutlak (K)

C = konstanta

Grafik hubungan P dan T dengan volume tetap (isokhoris)

dapat diilustrasikan sebagai berikut:

♦ Hubungan tekanan gas (P), volume gas (V) dan suhu gas (T).

Hasil eksperimen Boyle, Gay Lussac dan Charles disimpulkan

sebagai hukum Boyle- Gay Lussac, yang diasumsikan bahwa

T

V

T

P

Page 46: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 35

tekanan dan suhu gas sama di setiap bagian gas tersebut. Hal

ini berarti gas berada dalam keadaan setimbang mekanis dan

termis. Jika perumusan Boyle, Gay Lussac dan Charles

digabungkan maka diperoleh perumusan sebagai berikut:

Secara matematis dinyatakan sebagai berikut:

P. V = C. T atau P. V = C …………………… (40) T

Sehingga berlaku: P1. V1 = P2. V2 …………… (41) T1 T2

Dengan: P = tekanan (N/m2; pascal = Pa)

V = volume (m3)

T = suhu mutlak (K)

C = konstanta

Dari pengukuran tekanan, volume, suhu, dan jumlah mol

gas didapat kesimpulan yang secara matematis dapat

dinyatakan sebagai persamaan keadaan gas ideal sebagai

berikut:

P V = n R T ............................ (42)

Dengan: n = jumlah mol zat (mol)

R = konstanta gas universal/gas umum

R = 8,314 J/mol. K

R = 8,314 x 103 J/kmol. K

R = 0,08207 liter.atm/mol. K

R = 1,99 kal/mol. K

R = 1545,33 lb.ft/lbm.mol. K

Dalam persamaan (42) tersirat suatu hubungan ideal yang

diwujudkan oleh model matematika sederhana yang

menggambarkan perilaku gas.

Gas ideal adalah gas yang memenuhi persamaan P V = n R T

untuk semua tekanan dan suhu. Umumnya perilaku gas riil

Page 47: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 36

mendekati model gas ideal pada tekanan rendah (saat molekul-

molekul gas terpisah cukup jauh).

Semula diduga bahwa tiap gas memiliki nilai R tertentu, tetapi

hasil eksperimen menunjukkan bahwa nilai R tersebut besarnya

sama untuk semua gas sehingga disebut sebagai konstanta gas

universal/konstanta gas umum.

ILustrasi tingkah laku gas sempurna keadaan ideal seperti berikut.

Pada gambar di atas nisbah (ratio) PV/RT digambarkan

sebagai fungsi P untuk berbagai T. Untuk gas ideal, nilai nisbah

tersebut adalah konstan, namun untuk gas riil nilainya bertambah

untuk suhu-suhu yang semakin rendah. Pada suhu yang cukup

tinggi dan tekanan yang cukup rendah, nisbah itu mendekati nilai R

untuk gas ideal.

Akan ditinjau hubungan antara:

• Perubahan volume gas dan perubahan suhu gas pada tekanan

gas dibuat tetap. Pada muai volume gas, koefisien muai volume

p) untuk semua gas pada tekanan tetap adalah p yang

besarnya:

p =1/273 (o C)-1 atau (K)-1 ..................................... (43)

Jadi secara khusus untuk pemuaian gas pada tekanan tetap

berlaku:

V = p.Vo. T .......................................... (44)

atau:

P

PV/nTGas sempurna

T1

T2

T3

Page 48: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 37

VT = Vo (1+ T/273).................................. (45)

• Perubahan tekanan gas dan perubahan suhu gas pada volume

gas dibuat tetap. Pada perubahan tekanan gas, koefisien

tekanan gas ( v) untuk semua gas pada volume tetap adalah v

yang besarnya:

v =1/273 (o C)-1 atau (K)-1 ........................ (46)

Untuk pemuaian gas pada volume tetap berlaku:

PT = Po (1+ T/273) .................................... (45)

Tabel 3: Koefisien Volume Beberapa ZatNo Zat x 10-4 (K)-1 atau (oC)-1

1 Udara 36,72 Aseton 153 Karbon sulfide 11,54 Etil alkohol 11,25 Alkohol 116 Terpentin 10,57 Parafin 108 Gliserin 5,39 Air 4,410 Air raksa 1,8

4) Anomali Air

Di atas telah disebutkan bahwa setiap zat bila dipanaskan

volumenya akan bertambah besar karena pemuaian, tetapi hal ini tidak

berlaku untuk air pada suhu antara 0oC-4oC. Pada suhu 0oC- 4oC, bila

air dipanaskan maka volumenya akan berkurang. Penyimpangan sifat

air dari sifat umum ini disebut anomali air.

Hubungan perubahan suhu dengan perubahan volume air dan

perubahan suhu dengan massa jenis air ditunjukkan oleh grafik pada

gambar di bawah ini.

Page 49: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 38

Nampak pada gambar di atas, bahwa volume air mencapai nilai

minimum (paling kecil) pada suhu 4oC dan massa jenis air maksimum

pada suhu 4oC.

• Pengaruh pemuaian pada massa jenis zat.

Pada umumnya pemanasan pada suatu zat akan

menyebabkan volume zat bertambah, sedangkan massa zat tetap.

Bertambahnya volume akan mempengaruhi massa jenis atau

kerapatan zat.

Pada suhu 0o

C

: massa zat = mo

volume zat = Vo

massa jenis zat = o —› o = mo/Vo

Pada suhu t0 C : massa zat = mt

volume zat = Vt

massa jenis zat = t —› t = mt/Vt

Karena massa zat adalah tetap mt = maka:

t.Vt = o.Vo

t.Vo (1+ T) = o.Vo —› t = o/(1+ T) ..... (46)

t

V

T

V

0 0 44

T

ρ

Es dan air

Page 50: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 39

c. Rangkuman

1. Suhu adalah ukuran derajat panas dinginnya suatu benda.

2. Kesetimbangan termal adalah suatu keadaan dimana suhu antara

dua benda atau lebih dalam keadaan sama atau tidak terjadi

pertukaran kalor.

3. Dinding diatermik adalah suatu dinding yang dapat

menghantarkan kalor. Sedangkan dinding adiabatik adalah suatu

dinding yang tidak dapat menghantarkan kalor.

4. Jika sistem A setimbang dengan sistem B dan sistem A

setimbang dengan sistem C, maka sistem B setimbang dengan

sistem C.

5. Untuk menentukan skala suhu secara kuantitatif digunakan dua

titik tetap yaitu titik uap (steam point) yang dinyatakan sebagai

titik tetap atas dan titik es (ice point) yang dinyatakan sebagai

titik tetap bawah.

6. Suhu pada titik uap, didefinisikan sebagai suhu air dan uap yang

berada dalam keadaan setimbang pada tekanan 1 atmosfer.

Suhu pada titik es adalah suhu campuran es dan air dalam

keadaan setimbang dengan udara jenuh pada tekanan 1

atmosfer. Pada skala Celcius, titik es diberi angka 0 dan titik uap

diberi angka 100.

7. Untuk memperoleh titik tripel air adalah sebagai berikut: air

dengan kemurnian tinggi dengan komposisi isotropik yang sama

dengan air laut dimasukkan ke dalam bejana.

Andaikan sifat termometrik yang perubahannya sebanding

dengan perubahan suhu dinyatakan dengan X maka fungsi

termometrik T(X) yang menentukan skala suhu dapat ditulis:

T(X) = a.X

Dengan: a = konstanta yang bergantung pada zat termometrik.

Jika dinyatakan nilai-nilai pada titik tripel dengan indeks tr maka

Page 51: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 40

didapat rumus penentuan suhu untuk setiap termometer sebagai

berikut:

T(X) = X T(Xtr) Xtr

Atau:T(X) = T(Xtr). X

Xtr

Dengan: T(Xtr) adalah suhu tripel atau : T(Xtr) = 273,16 K

Persamaan (3) dapat ditulis: T(X) = 273,16 K. X Xtr

Substitusi persamaan (4) ke persamaan (2) maka didapatkan:

a = 273,16K Xtr

8. Beberapa besaran fisis yang berubah karena adanya perubahan

suhu antara lain:

• perubahan panjang kolom cairan (L),

• hambatan listrik pada kawat (R),

• tekanan gas pada volume konstan (P),

• volume gas pada tekanan konstan (V),

• gaya gerak listrik ( ),

• intensitas cahaya (I).

9. Zat termometrik (thermometric substance) adalah zat-zat yang

mempunyai sifat yang berubah bila suhunya berubah. Contoh;

alkohol, air raksa, dan gas.

Dengan : T(X) = suhu yang hendak diukur.

T(Xtr) = suhu pada titik tripel.

X = sifat termometrik pada suhu yang akan

ukur.

Xtr = sifat termometrik pada suhu tripel.

a = konstanta yang bergantung pada zat

termometrik.

Page 52: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 41

10.Sifat termometrik (thermometric property) adalah besaran-

besaran fisis yang berubah bila suhunya berubah. Contoh:

• perubahan panjang kolom cairan (L),

• hambatan listrik pada kawat (R),

• tekanan gas pada volume konstan (P),

• volume gas pada tekanan konstan (V),

• gaya gerak listrik ( ),

• intensitas cahaya (I).

11.Hubungan skala suhu Celcius, Reamur, Fahrenheit, dan Kelvin

sebagai berikut:

C = R = F – 32 = K – 273 = Rn-492 5 4 9 5 9

atau:

C: R: F: K: Rn = 100 skala: 80 skala: 180 skala: 100 skala: 180

skala

Atau

C: R: F: K: Rn = 5: 4: 9 : 5: 9

12.Termometer Zat Cair Dalam Gelas

Prinsip kerja termometer jenis ini adalah berdasarkan pemuaian

zat cair yang ada di dalam tabung kapiler pada termometer

tersebut.

Termometer Gas Volume Tetap

Prinsip kerja termometer ini adalah berdasarkan pemuaian zat

gas pada termometer tersebut. Dan Pengukuran suhu pada

termometer gas volume tetap dirumuskan:

T(P) = 273,16 K. P Ptr

Pirometer

Prinsip kerja termometer ini adalah berdasarkan perubahan

hambatan sebagai fungsi dari perubahan suhu. Dan pengukuran

suhu pada pirometer optik dirumuskan sebagai berikut:

Page 53: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 42

T(I) = 273,16 K. I It

Termokopel

Prinsip kerja termometer ini adalah berdasarkan perubahan gaya

gerak listrik (ggl) sebagai fungsi dari perubahan suhu. Besarnya

ggl yang terjadi dimanfaatkan untuk pengukuran suhu. Dan

pengukuran suhu pada termokopel dirumuskan sebagai berikut:

T( ) = 273,16 K. tr

Termometer Hambatan Listrik

Prinsip kerja termometer ini adalah dengan cara menempelkan

termometer pada permukaan zat yang suhunya akan diukur atau

diletakkan dalam lubang yang digurdi untuk maksud itu. dengan

mempertahankan arus tetap yang besarnya diketahui dalam

termometer itu dan mengukur beda potensial kedua ujung

hambat dengan pertolongan potensiometer yang sangat peka.

Dan pengukuran suhu pada termometer hambatan listrik

dirumuskan sebagai berikut:

T(R) = 273,16 K. R Rt

13.Perubahan dimensi/ukuran (panjang,luas, dan volume) suatu zat

jika diberi kalor/panas, maka zat tersebut mengalami:

¡ perubahan suhu (mengalami kenaikan suhu),

¡ perubahan wujud/fase,

¡ pemuaian/ekspansi (mengalami pertambahan ukuran).

Besarnya pertambahan ukuran/dimensi benda ditentukan oleh:

¡ jenis benda,

¡ ukuran benda mula-mula,

¡ jumlah kalor yang diberikan.

14.Pemuaian adalah perubahan ukuran suatu benda akibat

Page 54: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 43

perubahan suhu yang terjadi pada benda tersebut. Hal ini

disebabkan adanya gerak partikel yang terjadi di dalam zat yang

saling bertumbukkan.

Jika suatu zat dipanaskan maka volumenya akan bertambah

besar karena pemuaian, tetapi hal ini tidak berlaku untuk air pada

suhu antara 0oC-4oC. Pada suhu 0oC- 4oC, volume air mencapai

nilai minimum (paling kecil) pada suhu 4oCdan massa jenis air

maksimum pada suhu 4oC.

• Pengaruh pemuaian pada massa jenis zat.

Pada umumnya pemanasan pada suatu zat akan

menyebabkan volume zat bertambah, sedangkan massa zat

tetap. Bertambahnya volume akan mempengaruhi massa jenis

atau kerapatan zat.

Pada suhu0o C : massa zat = mo

volume zat = Vo

massa jenis zat = o —› o = mo/Vo

Pada suhu t0 C : massa zat = mt

volume zat = Vt

massa jenis zat = t —› t = mt/Vt

Karena massa zat adalah tetap mt = mo, maka:

t.Vt = o.Vo

t.Vo (1+ T) = o.Vo —› t = o/(1+ T)

15.Pemuaian zat cair dan gas

Secara umum, pada pemuaian zat cair dan gas berlaku:

= V/ (Vo. T)

Atau:

V = . (Vo. T)

dengan V= pertambahan volume (m3)

V=VT –Vo

dan

Page 55: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 44

VT = Vo (1 + . T)

Pada pembahasan yang berkaitan dengan sejumlah massa gas,

ada hal-hal yang perlu diperhatikan antara lain:

• volume (V)

• tekanan (P)

• suhu (T)

Ketiga hal itu saling berkaitan, berhubungan dan dapat berubah-

ubah. Adapun hubungan-hubungan yang dapat terjadi adalah

sebagai berikut:

• Hubungan tekanan gas (P) dan volume gas (V) dengan suhu

gas (T) tetap yang disebut proses isotermis. Hasil

eksperimen Robert Boyle disimpulkan sebagai hukum Boyle,

dapat dinyatakan sebagai berikut:

”Pada suhu konstan, tekanan gas berbanding terbalik

terhadap volume”

Secara matematis dinyatakan sebagai berikut:

P = konstanta atau P. V = konstanta V

Sehingga berlaku: P1. V1 = P2. V2

Dengan: P = tekanan gas (N/m2; pascal =Pa)

V = volume gas (m3)

• Hubungan volume gas (V) dan suhu gas (T) dengan tekanan

gas (P) tetap yang disebut proses isobaris. Hasil eksperimen

Charles disimpulkan sebagai hukum Charles, dapat

dinyatakan sebagai berikut:

”Pada tekanan konstan, volume gas dengan massa tertentu

sebanding dengan suhu mutlaknya”.

Secara matematis dinyatakan sebagai berikut:

V = C. T atau V = C T

Sehingga berlaku: V1 = V2

T1 T2

Page 56: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 45

Dengan: V = volume (m3)

T = suhu mutlak (K)

C = konstanta

• Hubungan tekanan gas (P) dan suhu gas (T) dengan volume

gas (V) tetap yang disebut proses isokhoris atau isovolume.

Hasil eksperimen Gay Lussac disimpulkan sebagai hukum Gay

Lussac, dapat dinyatakan sebagai berikut:

”Pada volume konstan, tekanan gas dengan massa tertentu

sebanding dengan suhu mutlaknya”.

Secara matematis dinyatakan sebagai berikut:

P = C. T atau P = C T

Sehingga berlaku: P1 = P2

T1 T2

Dengan : P = tekanan (N/m2; pascal = Pa)

T = suhu mutlak (K)

C = konstanta

• Hubungan tekanan gas (P), volume gas (V) dan suhu gas

(T). Hasil eksperimen Boyle, Gay Lussac dan Charles

disimpulkan sebagai hukum Boyle- Gay Lussac, yang

diasumsikan bahwa tekanan dan suhu gas sama di setiap

bagian gas tersebut. Hal ini berarti gas berada dalam

keadaan setimbang mekanis dan termis. Jika perumusan

Boyle, Gay Lussac, dan Charles digabungkan maka diperoleh

perumusan secara matematis sebagai berikut:

P. V = C. T atau P. V = C TSehingga berlaku: P1. V1 = P2. V2

T1 T2

Dengan : P = tekanan (N/m2; pascal = Pa) V = volume (m3) T = suhu mutlak (K) C = konstanta

Page 57: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 46

d. Tugas

Bacalah uraian materi berulang-ulang sampai anda memahami

rumus-rumus yang digunakan,kemudian kerjakan tes formatif. Bila

anda kesulitan mengerjakan tes formatif, maka pelajarilah lagi uraian

materi di atas sampai anda bisa mengerjakan tes formatif.

e. Tes Formatif

1. Jelaskan pengertian suhu dengan benar!

2. Jelaskan tentang kesetimbangan termal suatu sistem!

3. Jelaskan perbedaan dinding diatermik dan dinding adiabatik!

4. Jelaskan hukum ke-nol termodinamika/hukum kesetimbangan

termal!

5. Jelaskan cara penentuan kuantitatif skala suhu!

6. Jelaskan penentuan skala suhu dibatasi pada penetapan dua titik

tetap!

7. Jelaskan penentuan skala suhu dibatasi pada penetapan sel titik

tripel!

8. Jelaskan minimal tujuh contoh besaran fisis yang berubah

karena adanya perubahan suhu!

9. Jelaskan dengan benar pengertian zat termometrik disertai

contohnya!

10. Jelaskan sifat termometrik dengan benar disertai contoh.

11. Jelaskan bagaimanakah hubungan konversi skala suhu Celcius,

Kelvin, Rankine, Reamur, dan Fahrenheit!

12. Jelaskan prinsip kerja lima macam termometer disertai contoh

dengan benar!

13. Jelaskan kemungkinan perubahan sifat benda bila mengalami

perubahan suhu!

14. Jelaskan konsep pemuaian/ekspansi temperatur dengan benar!

Page 58: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 47

15. Jelaskan peristiwa anomali air dengan benar!

16. Jelaskan muai volume gas berkaitan dengan hukum Boyle,

Charles, Gay Lussac, dan Boyle Gay Lussac!

f. Kunci Jawaban Formatif

1. Suhu adalah ukuran derajat panas dinginnya suatu benda.

2. Kesetimbangan termal adalah suatu keadaan dimana suhu antara

dua benda atau lebih dalam keadaan sama atau tidak terjadi

pertukaran kalor.

3. Dinding diatermik adalah suatu dinding yang dapat

menghantarkan kalor. Sedangkan dinding adiabatik adalah suatu

dinding yang tidak dapat menghantarkan kalor.

4. Jika sistem A setimbang dengan sistem B dan sistem A setimbang

dengan sistem C, maka sistem B setimbang dengan sistem C.

5. Untuk menentukan skala suhu secara kuantitatif diperlukan suatu

titik tetap. Sebelum tahun 1954, digunakan dua titik tetap yaitu

titik uap (steam point) yang dinyatakan sebagai titik tetap atas

dan titik es (ice point) yang dinyatakan sebagai titik tetap bawah.

6. Suhu pada titik uap, didefinisikan sebagai suhu air dan uap yang

berada dalam keadaan setimbang pada tekanan 1 atmosfer.

Suhu pada titik es adalah suhu campuran es dan air dalam

keadaan setimbang dengan udara jenuh pada tekanan 1

atmosfer. Pada skala Celcius, titik es diberi angka 0 dan titik uap

diberi angka 100.

7. Untuk memperoleh titik tripel air adalah sebagai berikut: air

dengan kemurnian tinggi dengan komposisi isotropik yang sama

dengan air laut dimasukkan ke dalam bejana yang bagannya

terlihat dalam gambar di bawah ini.

Page 59: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 48

Jika semua udara di dalam bejana sudah tidak ada karena

telah didesak air, bejana ditutup rapat. Dengan memasukkan

campuran pembeku ke dalam ruang antara kedua kaki tabung

(bagian lekuk) maka terbentuk lapisan es di sekitar dinding

bejana bagian dalam dan bagian atas terkumpul uap air. Jika

campuran pembeku diganti dengan bola termometer maka

lapisan tipis es di dekatnya melebur. Selama waktu fase

padatan, cairan, dan uap ada dalam kesetimbangan, sistem

dikatakan berada pada titik tripel.

Pengukuran suhu dan penentuan suhu dengan

menggunakan titik tripel sebagai titik tetap baku dapat

dijelaskan sebagai berikut:

Andaikan sifat termometrik yang perubahannya sebanding

dengan perubahan suhu dinyatakan dengan X maka fungsi

termometrik T(X) yang menentukan skala suhu dapat ditulis:

T(X) = a.X

Dengan: a = konstanta yang bergantung pada zat

termometrik. Jika dinyatakan nilai-nilai pada titik tripel dengan

indeks tr maka didapat rumus penentuan suhu untuk setiap

termometer sebagai berikut:

T(X) = X T(Xtr) Xtr

Atau:

Campuran air dan Es

Sel yang ditutup

Sumur termometer Es

Botol vakum

Air

Uap air

Page 60: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 49

T(X) = T(Xtr). X Xtr

Dengan: T(Xtr) adalah suhu tripel atau : T(Xtr) = 273,16 K

Persamaan (3) dapat ditulis: T(X) = 273,16 K. X Xtr

Substitusi persamaan (4) ke persamaan (2) maka

didapatkan:

a = 273,16K Xtr

Dengan : T(X) = suhu yang hendak diukur

T(Xtr) = suhu pada titik tripel

X = sifat termometrik pada suhu yang akan

diukur

X tr = sifat termometrik pada suhu tripel

a = konstanta yang bergantung pada zat

termometrik

8. Beberapa besaran fisis yang berubah karena adanya perubahan

suhu antara lain

• perubahan panjang kolom cairan (L)

• hambatan listrik pada kawat (R)

• tekanan gas pada volume konstan (P)

• volume gas pada tekanan konstan (V)

• gaya gerak listrik ( )

• intensitas cahaya (I)

9. Zat termometrik (thermometric substance) adalah zat-zat yang

mempunyai sifat yang berubah bila suhunya berubah. Contoh;

alkohol, air raksa, dan gas.

10.Sifat termometrik (thermometric property) adalah besaran-

besaran fisis yang berubah bila suhunya berubah. Contoh:

• perubahan panjang kolom cairan (L)

• hambatan listrik pada kawat (R)

Page 61: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 50

• tekanan gas pada volume konstan (P)

• volume gas pada tekanan konstan (V)

• gaya gerak listrik ( )

• intensitas cahaya (I)

11.Hubungan skala suhu Celcius, Reamur, Fahrenheit, Kelvin, dan

Rankine sebagai berikut:

C = R = F – 32 = K – 273 = Rn-4925 4 9 5 9

atau:

C: R: F: K: Rn = 100 skala: 80 skala: 180 skala: 100 skala: 180

skala

Atau

C: R: F: K: Rn = 5: 4: 9 : 5: 9

12.Termometer Zat Cair dalam Gelas

Prinsip kerja termometer jenis ini adalah berdasarkan pemuaian

zat cair yang ada di dalam tabung kapiler pada termometer

tersebut.

Termometer Gas Volume Tetap

Prinsip kerja termometer ini adalah berdasarkan pemuaian zat

gas pada termometer tersebut. Dan Pengukuran suhu pada

thermometer gas volume tetap dirumuskan:

T(P) = 273,16 K. P Ptr

Pirometer

Prinsip kerja termometer ini adalah berdasarkan perubahan

hambatan sebagai fungsi dari perubahan suhu. Pirometer ini

khusus untuk mengukur suhu yang sangat tinggi, misalnya suhu

cairan logam di pabrik pengelolaan logam. Di dunia industri,

selain pirometer hambatan, dikenal juga yang disebut pirometer

optik (optical pyrometer). Dan pengukuran suhu pada pirometer

optik dirumuskan sebagai berikut:

Page 62: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 51

T(I) = 273,16 K. I It

Termokopel

Prinsip kerja termometer ini adalah berdasarkan perubahan gaya

gerak listrik (ggl) sebagai fungsi dari perubahan suhu. Besarnya

ggl yang terjadi dimanfaatkan untuk pengukuran suhu. Dan

pengukuran suhu pada termokopel dirumuskan sebagai berikut:

T( ) = 273,16 K. tr

Termometer Hambatan Listrik

Prinsip kerja termometer ini adalah dengan cara menempelkan

termometer pada permukaan zat yang suhunya akan diukur

atau diletakkan dalam lubang yang digurdi untuk maksud itu.

Biasanya hambatan diukur dengan mempertahankan arus tetap

yang besarnya diketahui dalam termometer itu dan mengukur

beda potensial kedua ujung hambat dengan pertolongan

potensiometer yang sangat peka. Dan pengukuran suhu pada

termometer hambatan listrik dirumuskan sebagai berikut:

T(R) = 273,16 K. R Rt

13.Perubahan dimensi/ukuran (panjang,luas, dan volume) suatu zat

jika diberi kalor/panas, maka zat tersebut mengalami:

¡ perubahan suhu (mengalami kenaikan suhu)

¡ perubahan wujud/fase

¡ pemuaian/ekspansi (mengalami pertambahan ukuran)

Besarnya pertambahan ukuran/dimensi benda ditentukan oleh:

¡ jenis benda

¡ ukuran benda mula-mula

¡ jumlah kalor yang diberikan.

Page 63: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 52

14.Pemuaian adalah perubahan ukuran suatu benda akibat

perubahan suhu yang terjadi pada benda tersebut. Hal ini

disebabkan adanya gerak partikel yang terjadi di dalam zat yang

saling bertumbukkan.

15.Jika suatu zat dipanaskan maka volumenya akan bertambah

besar karena pemuaian, tetapi hal ini tidak berlaku untuk air

pada suhu antara 0oC-4oC. Pada suhu 0oC- 4oC, bila air

dipanaskan maka volumenya akan berkurang. Hubungan

perubahan suhu dengan perubahan volume air dan perubahan

suhu dengan massa jenis air ditunjukkan oleh grafik pada

gambar di bawah ini.

Nampak pada gambar di atas, bahwa volume air

mencapai nilai minimum (paling kecil) pada suhu 4oCdan massa

jenis air maksimum pada suhu 4oC.

• Pengaruh pemuaian pada massa jenis zat.

Pada umumnya pemanasan pada suatu zat akan

menyebabkan volume zat bertambah, sedangkan massa zat

tetap. Bertambahnya volume akan mempengaruhi massa

jenis atau kerapatan zat.

Pada suhu0o C : massa zat = mo

volume zat = Vo

massa jenis zat = o —› o = mo/Vo

t

V

T

V

0 0 44

T

ρ

Es dan air

Page 64: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 53

Pada suhu t0 C : massa zat = mt

volume zat = Vt

massa jenis zat = t —› t = mt/Vt

Karena massa zat adalah tetap mt = mo, maka:

t.Vt = o.Vo

t.Vo (1+ T) = o.Vo —› t = o/(1+ T)

16.Pemuaian zat cair dan gas

Zat cair atau gas selalu mengikuti bentuk wadah zat cair atau

gas dimasukkan ke dalam botol, maka bentuknya menyerupai

botol. Karena mempunyai sifat tersebut, maka zat cair dan zat

gas hanya mengalami muai volume saja.

Secara umum, pada pemuaian zat cair dan gas berlaku:

= V/ (Vo. T)

Atau:

V = . (Vo. T)

dengan V= pertambahan volume (m3)

V=VT –Vo

dan

VT = Vo (1 + . T)

Pada pemuaian gas tidaklah sesederhana muai zat padat dan

muai zat cair. Pada sistem gas juga hanya terdapat koefisien

muai ruang saja.

Jadi pada hakekatnya, akibat kenaikan suhu di dalam gas

tertentu akan terdapat perubahan volume dan tekanan.

Pada pembahasan yang berkaitan dengan sejumlah massa gas,

ada hal-hal yang perlu diperhatikan antara lain:

• volume (V)

• tekanan (P)

• suhu (T)

Page 65: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 54

Ketiga hal itu saling berkaitan, berhubungan dan dapat berubah-

ubah. Adapun hubungan-hubungan yang dapat terjadi adalah

sebagai berikut:

• Hubungan tekanan gas (P) dan volume gas (V) dengan suhu

gas (T) tetap yang disebut proses isotermis. Hasil

eksperimen Robert Boyle disimpulkan sebagai hukum Boyle,

dapat dinyatakan sebagai berikut:

”Pada suhu konstan, tekanan gas berbanding terbalik

terhadap volume”

Secara matematis dinyatakan sebagai berikut:

P = konstanta atau P. V = konstanta V

Sehingga berlaku: P1. V1 = P2. V2

Dengan: P = tekanan gas (N/m2; pascal =Pa)

V = volume gas (m3)

• Hubungan volume gas (V) dan suhu gas (T) dengan tekanan

gas (P) tetap yang disebut proses isobaris. Hasil eksperimen

Charles disimpulkan sebagai hukum Charles, dapat

dinyatakan sebagai berikut:

”Pada tekanan konstan, volume gas dengan massa tertentu

sebanding dengan suhu mutlaknya”.

Secara matematis dinyatakan sebagai berikut:

V = C. T atau V = C T

Sehingga berlaku: V1 = V2

T1 T2

Dengan: V = volume (m3)

T = suhu mutlak (K)

C = konstanta

• Hubungan tekanan gas (P) dan suhu gas (T) dengan volume

gas (V) tetap yang disebut proses isokhoris atau isovolume.

Hasil eksperimen Gay Lussac disimpulkan sebagai hukum Gay

Page 66: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 55

Lussac, dapat dinyatakan sebagai berikut:

Pada volume konstan, tekanan gas dengan massa tertentu

sebanding dengan suhu mutlaknya.

Secara matematis dinyatakan sebagai berikut:

P = C. T atau P = C T

Sehingga berlaku: P1 = P2

T1 T2

Dengan: P = tekanan (N/m2; pascal = Pa)

T = suhu mutlak (K)

C = konstanta

• Hubungan tekanan gas (P), volume gas (V) dan suhu gas (T).

Hasil eksperimen Boyle, Gay Lussac dan Charles disimpulkan

sebagai hukum Boyle- Gay Lussac, yang diasumsikan bahwa

tekanan dan suhu gas sama di setiap bagian gas tersebut. Hal

ini berarti gas berada dalam keadaan setimbang mekanis dan

termis. Jika perumusan Boyle, Gay Lussac dan Charles

digabungkan maka diperoleh perumusan sebagai berikut:

Secara matematis dinyatakan sebagai berikut:

P. V = C. T atau P. V = C T

Sehingga berlaku: P1. V1 = P2. V2

T1 T2

Dengan: P = tekanan (N/m2; pascal = Pa)

V = volume (m3)

T = suhu mutlak (K)

C = konstanta

Page 67: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 56

2. Kegiatan Belajar 2

a. Tujuan Kegiatan Pembelajaran

Setelah mempelajari modul ini diharapkan siswa dapat:

¡ Menjelaskan pengertian kalor dengan benar.

¡ Menjelaskan alat yang digunakan untuk mengukur kalor.

¡ Menjelaskan definisi satu kalori dengan benar.

¡ Menyebutkan satuan kalor yang lain dan konversinya.

¡ Menjelaskan pengertian kalor jenis suatu zat.

¡ Menjelaskan pengertian kapasitas kalor suatu zat.

¡ Menjelaskan azas Black beserta penerapannya.

¡ Menjelaskan perubahan wujud zat (melebur, membeku,

menguap, mengembun, deposisi, melenyap/menyublim

¡ Menjelaskan diagram perubahan fase dan penerapannya.

¡ Menjelaskan panas peleburan atau kalor lebur.

¡ Menjelaskan panas penguapan atau kalor uap.

¡ Menjelaskan panas pengembunan.

¡ Menjelaskan panas pembekuan.

¡ Menjelaskan pengertian titik lebur dan titik beku.

¡ Menjelaskan titik didih dan titik pengembunan.

¡ Menjelaskan perbedaan perpindahan kalor secara konduksi,

konveksi dan radiasi.

b. Uraian Materi

1) Pengertian kalor

Kalor merupakan salah satu bentuk energi. Berarti kalor

merupakan besaran fisika yang dapat diukur. Kegiatan

pengukuran-pengukuran kalor (kalorimetri) dalam fisika, berkaitan

dengan penentuan kalor jenis suatu zat. Alat yang digunakan untuk

mengukur kalor disebut kalorimeter. Istilah kalor, pertama kali

Page 68: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 57

diperkenalkan oleh seorang ahli kimia dari Perancis bernama

A.L.Lavoisier (1743-1794). Kalor berasal dari kata caloric. Para ahli

kimia dan fisika, semula menganggap bahwa kalor merupakan jenis

zat alir yang tidak terlihat oleh manusia. Berdasarkan anggapan

inilah, satuan kalor ditetapkan dengan nama kalori disingkat kal.

Satu kalori (kal) didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang

diperlukan untuk memanaskan 1 gram air sehingga suhunya naik

1oC.

Dari hasil pengukuran-pengukuran secara teliti oleh para ahli,

anggapan bahwa kalor itu merupakan zat alir tidak dapat

dipertahankan lagi kebenarannya. Para ahli menyimpulkan bahwa

kalor sebenarnya merupakan bentuk energi sehingga satuan kalor

yang tepat adalah sama dengan satuan energi, yaitu joule atau J.

Akan tetapi dewasa ini banyak kalangan yang menggunakan kalori

sebagai satuan kalor, misalkan di kalangan kesehatan.

Berikut ini adalah konversi satuan kalor dalam SI dengan

satuan kalor yang lain:

1 joule= 0,24 kalori atau 1 kal= 4,2 joule

Dalam sistem satuan imperial (Inggris), satuan kalor dinyatakan

dalam British Thermal Unit (BTU). 1 BTU = 1054 joule; 1 BTU = 252

kalori.

“Kalori” yang digunakan oleh ahli gizi disebut “kalori besar” yang

sebenarnya adalah satu kilo kalori (1 k kal); 1 k kal= 1000 kalori.

2) Kalor jenis dan kapasitas kalor

Jika 1 kg air dan 1kg minyak tanah masing-masing diberi kalor

yang sama (misalnya Q joule). Minyak tanah ternyata mengalami

perubahan suhu kira-kira dua kali perubahan suhu air. Hal ini

menggambarkan bahwa antara zat yang satu dengan yang lainnya

dapat mengalami perubahan yang berbeda, meskipun diberi kalor

yang sama. Perbedaan kenaikkan suhu tersebut, terjadi karena zat

Page 69: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 58

yang satu dengan yang lain berbeda kalor jenisnya. Kalor jenis suatu

zat didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan atau

dilepaskan (Q) untuk menaikkan atau menurunkan suhu satu satuan

massa zat itu (m) sebesar satu satuan suhu ( T).

Dinyatakan dalam bentuk persamaan:

c = Q/(m. T) ....................................................... (1)

Atau

Q = m. c. T ......................................................... (2)

Dengan:

Q= jumlah kalor (joule/kalori)

m= massa benda (kg atau gram)

T= perubahan suhu (K atau oC)

c = kalor jenis (J/kg.K atau kal/gram oC)

Faktor m. c pada persamaan di atas diberi nama khusus yaitu

kapasitas kalor dengan lambang C. Jadi,

C = m. c ................................................................. (3)

Kapasitas kalor (C) dapat didefinisikan sebagai banyaknya

kalor yang diperlukan atau dilepaskan (Q) untuk mengubah suhu

benda sebesar satu satuan suhu ( T).

Sehingga dapat ditulis dalam bentuk persamaan sebagai berikut:

m. c = Q/ T.......................................................... (4)

atau

C = Q/ T............................................................... (5)

3) Kalorimeter Sebagai Alat Pengukur Kuantitas Panas

Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur

kuantitas panas/kalor, menentukan kapasitas panas, dan panas

jenis suatu zat. Kalorimeter berdinding ganda terdiri atas bejana

logam berdinding tipis A permukaan luarnya diberi lapisan nikel

untuk mengurangi kehilangan panas karena radiasi. Bejana ini

mempunyai harga air/kapasitas panas air yang sudah diketahui

Page 70: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 59

dan mempunyai tutup yang berlubang untuk tempat termometer B

dan alat pengaduk C. Gambar skematis kalorimeter dapat

diilustrasikan sebagai berikut:

Kemungkinan kehilangan panas dapat dikurangi lagi dengan

meletakkan calorimeter dalam bejana lain D yang terbuat dari

penyekat panas E. Untuk menentukan jumlah kalor Q yang

diberikan dalam kalorimeter, dengan cara membaca perubahan

suhu yang ditunjukkan oleh termometer sebelum dan sesudah

diberi kalor. Besarnya harga Q diketahui berdasarkan kenaikan

suhu yang terjadi. Prinsip kerja kalorimeter didasarkan

pengamatan Josep Black (1720-1799), seorang ilmuan Inggris

yang dikenal dengan Azas Black yang dinyatakan sebagai berikut:

§ Jika dua benda yang mempunyai suhu berbeda didekatkan

sehingga terjadi kontak termis, maka zat yang suhunya lebih

tinggi akan melepaskan kalor yang sama banyaknya dengan

kalor yang diserap oleh zat yang suhunya lebih rendah sehingga

suhu akhir kedua benda setelah kesetimbangan termis tercapai

adalah sama.

§ Jumlah kalor yang diterima = jumlah kalor yang diberikan

Qterima = Qlepas ............................................... (6)

Azas black ini merupakan bentuk lain dari perumusan hukum

kekekalan energi. Untuk menentukan panas jenis suatu bahan

dengan menggunakan kalorimeter adalah sebagai berikut:

• Sepotong bahan yang akan dicari panas jenisnya (cb) ditimbang

massanya, misalnya mb kemudian dipanaskan di dalam tungku

atau di dalam uap air sampai suhu tertentu, misalnya tb.

Pengaduk

Penyekat/ Gabus

Termometer

Page 71: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 60

• Menimbang massa kalorimeter kosong (mk), memasukkan air ke

dalam kalorimeter kemudian ditimbang massanya (mk+a),

sehingga massa air dapat diketahui yaitu ma = (mk+a) - mk.

• Air di dalam kalorimeter diaduk pelan-pelan dan diukur suhunya,

misalnya t1.

• Potongan bahan yang akan ditentukan panas jenisnya setelah

dipanaskan dimasukkan ke dalam kalorimeter dengan cepat lalu

diaduk dan suhunya dicatat, misalnya t2.

• Jika panas jenis kalorimeter dan air diketahui masing-masing ck

dan ca serta selama percobaan tidak ada panas yang hilang dari

kalorimeter, maka berdasarkan azas Black:

Panas yang dilepaskan = panas yang diterima

mb cb (tb - t2 ) = mk ck (t2 - t1) + ma ca (t2 - t1)

• Karena ca = 1 kal/goC maka:

mb cb (tb - t2 ) = (mk ck + ma) (t2 - t1)

Dengan demikian:

cb = (mk ck + ma) (t2 - t1) ............ (7) mb (tb - t2 )

Article I.

Tabel 1: Koefisien Volume Beberapa Zat

No Zat Kalor Jeniskkal/kgoC 102x J/kg K

1 Air 1,00 41,92 Gliserin 0,58 243 Alkohol 0,55 234 Minyak tanah 0,52 225 Alumunium 0,21 8,86 Kaca 0,16 6,77 Besi 0,11 4,68 Seng/tembaga 0,093 3,99 Kuningan 0,090 3,810 Perak 0,056 2,3411 Air raksal 0,033 1,3812 Emas/timbal 0,031 1,3

Page 72: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 61

Dari tabel di atas terlihat bahwa air memiliki kalor jenis

terbesar dibandingkan zat-zat lain. Hal ini berarti air memerlukan

kalor lebih banyak daripada zat lain untuk massa dan kenaikan

suhu yang sama. Air juga melepaskan kalor yang lebih banyak

dibanding zat lain bila suhunya diturunkan.

4) Kalor Pada Perubahan Wujud Zat

Sebagaimana telah diketahui bahwa zat dapat mempunyai

beberapa tingkat wujud yaitu padat, cair, dan gas. Air dapat

berubah bentuk dalam tiga wujud, yaitu di bawah suhu 0oC

berwujud padat atau es, antara 0oC dan 100oC berwujud cair atau

air, dan di atas 100oC pada tekanan atmosfer berwujud gas atau

uap air. Dalam perubahan dari wujud yang satu ke wujud yang lain

disertai penyerapan kalor atau pelepasan kalor dan biasanya diikuti

perubahan volume. Perubahan wujud zat itu disebut juga

perubahan fase. Perubahan dari fase tertentu ke fase yang lain,

masing-masing dapat diuraikan sebagai berikut:

• perubahan dari fase padat ke cair disebut melebur,

• perubahan dari fase cair ke padat disebut membeku,

• perubahan dari fase cair ke gas disebut menguap,

• perubahan dari fase gas ke cair disebut mengembun,

• perubahan dari fase gas ke padat disebut deposisi,

• perubahan dari fase padat ke gas disebut melenyap/menyublim.

Perubahan wujud/fase di atas dapat digambarkan seperti

berikut:

PADAT

GAS

CAIR

b

d

ef

c

a

Page 73: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 62

Keterangan gambar:

a = menyublim

b = deposisi

c = mencair

d = membeku

e = mengembun

f = menguap

Apakah semua zat dapat mengalami ketiga wujud tersebut?.

Kita tahu bahwa air sangat mudah mengalami ketiga wujud ini.

Wujud cairnya disebut air, wujud padatnya disebut es, dan wujud

uapnya disebut uap air. Tetapi kita tahu bahwa sebuah balok kayu

tidak melebur bila dipanaskan, kapur barus (kamper) langsung

menguap saat suhunya berubah. Dari contoh tersebut berarti tidak

setiap zat dapat mengalami ketiga wujud tersebut.

Keadaan suatu benda secara umum sangat bergantung pada

suhu benda tersebut. Benda dapat berada dalam fase padat, cair,

atau gas, bahkan hanya berada pada fase gas jika suhu tinggi dan

tekanan rendah sedangkan pada suhu rendah dan tekanan tinggi,

gas berubah ke fase cair atau padat. Pada tingkat padat, partikel-

partikel di dalamnya teratur dengan amat tertib. Partikel-partikel itu

bergetar di sekitar titik kesetimbangan masing-masing, tetapi tidak

ada yang berpindah. Dalam zat cair dianggap partikel-partikel zat

cair mudah berpindah-pindah, tempat partikel tidak teratur.

Rata-rata jarak antar partikel dalam zat cair ini kira-kira sama

dengan jarak antar partikel dalam zat padat. Zat cair mudah

berpindah sehingga secara keseluruhan zat cair tidak dapat

mempertahankan bentuknya. Zat cair mudah menyesuaikan diri

dengan bentuk wadah yang ditempatinya. Pada tingkat gas,

partikel-partikel gas senantiasa bergerak ke semua arah. Jarak

antar partikel sangat besar jika dibandingkan dengan ukuran

Page 74: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 63

partikel. Gaya antar partikel gas sangat lemah kecuali ketika

partikel bertubrukan.

Dalam gas ideal, gaya antar partikel itu diabaikan, sebab itu

gas mudah mengisi ruang yang tersedia untuknya. Sebagai contoh,

setetes minyak wangi dalam kamar akan menguap mengharumkan

seluruh ruang kamar. Sebelum menguap volume setetes minyak

wangi relatif kecil yaitu volume setetes saja, sesudah menguap

seluruh ruang kamar itulah volume minyak wangi.

Ketiga wujud zat tersebut diilustrasikan pada gambar berikut:

5) Diagram Perubahan Fase

Pada uraian ini akan ditinjau suatu benda dalam keadaan

padat dengan suhu T1 akan diubah menjadi fase gas dengan suhu

T2.

Proses perubahan benda dari fase padat ke fase gas dapat

dijelaskan dengan skema diagram perubahan fase sebagai berikut:

T1

Q4

T2

Q2

Q5

TL

Q1

Q3

T4

Padat

Cair

Uap

T2

t

Padat Cair Gas

Page 75: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 64

Pada awalnya suhu benda dapat dinaikkan sampai mencapai

suhu leburnya TL dengan menambahkan sejumlah panas Q1,

setelah mencapai suhu TL terus ditambahkan panas Q2 sehingga

benda melebur pada suhu TL. Setelah benda berubah wujud

menjadi cair kemudian suhunya dinaikkan hingga TU dengan

menambahkan panas sejumlah Q3. Pada kondisi ini ditambahkan

panas sejumlah Q4 sehingga benda berubah wujud menjadi uap

pada suhu TU. Setelah kondisi uap tercapai, suhu dinaikkan sampai

mencapai suhu T2 dengan menambahkan panas sejumlah Q5. Dari

keseluruhan proses tersebut dapat diketahui jumlah panas yang

diperlukan selama proses perubahan wujud/fase berlangsung.

Kuantitas panas atau jumlah panas per satuan massa yang

harus diberikan pada suatu bahan pada titik leburnya supaya

menjadi zat cair seluruhnya pada suhu titik lebur disebut panas

peleburan atau kalor lebur.

Kuantitas panas atau jumlah panas per satuan massa yang

harus diberikan pada suatu bahan pada titik didihnya supaya

menjadi gas seluruhnya pada suhu titik didih disebut panas

penguapan atau kalor uap.

Bila panas dikeluarkan dari suatu gas, maka akan mengalami

penurunan suhu dan pada suhu mendidihnya gas ini kembali ke

fase cair, atau dikatakan gas itu mengembun. Saat mengembun,

gas melepaskan panas ke sekelilingnya sebesar jumlah yang sama

dengan kuantitas panas yang diperlukan untuk menguapkannya.

Panas yang lepas persatuan massa disebut panas pengembunan

atau mempunyai harga yang sama dengan panas penguapan (kalor

uap). Apabila zat cair didinginkan maka akan kembali ke fase padat

atau membeku dan akan melepaskan panas yang disebut panas

pembekuan dan mempunyai harga yang sama dengan panas

peleburan. Jadi titik lebur dan titik beku berada pada suhu yang

sama, juga titik didih dan titik pengembunan berada pada suhu

Page 76: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 65

yang sama.

Tabel 2: Panas Peleburan dan Panas PenguapanTitik Lebur

NormalTitik Didih

NormalNo ZatoC K

PanasPeleburan

(kal/g) OC K

PanasPenguapan

(kal/g)

1 Air 0,00 273,15 79,7 100,00 373,15 5392 Antimon 630,50 903,65 39,7 1440 1713 134

3 Belerang 119 392 9,1 444,60717,75

78

4 Emas 1063,00 1336,15 15,4 2660 2933 3775 Etil-alkohol - 114 159 24,9 78 351 2046 Helium -269,65 3,5 1,25 -268,93 4,216 57 Hidrogen -259,31 13,84 14 -252,89 20,26 1088 Nitrogen -209,97 63,18 6,09 -195,81 77,34 489 Oksigen -218,79 54,36 3,30 -182,97 90,18 51

10 Perak 960,80 1233,95 21,1 21932466

558

11 Raksa -39 234 2,82 357 630 6512 Tembaga 1083 1356 32 1187 1460 1211

13 Timbal 5,86 327,3 5,86 17502023

208

Suatu zat pada titik leburnya akan membeku atau melebur

bergantung pada panas yang ditambahkan atau dikeluarkan. Panas

yang diberikan pada suatu benda biasanya akan menyebabkan

suhu benda naik, walaupun itu tidak selalu demikian. Dikenal 2

(dua) jenis panas yaitu panas sensibel dan panas laten. Panas

sensibel adalah panas yang diberikan/dikeluarkan benda apabila

terjadi perubahan suhu. Selama perubahan wujud/fase, suhu zat

tidak berubah, panas/kalor yang diterima atau dilepaskan oleh zat

tidak digunakan untuk menaikkan suhu tetapi digunakan untuk

mengubah wujud. Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud

ini seakan-akan tersembunyi, karena itu kalor ini disebut kalor laten

(laten artinya tersembunyi).

Kalor laten adalah kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk

berubah wujud dari satu wujud ke wujud lainnya. Dapat dinyatakan

dalam bentuk persamaan:

L = Q/m ..................................................... (7)

Atau

Q = m. L ....................................................... (8)

Page 77: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 66

dengan:

Q = kalor (joule/kalori)

m = massa zat (kg atau gram)

L = kalor laten (J/kg)

Dengan adanya beberapa macam perubahan wujud zat, maka

muncul istilah kalor laten khusus untuk suatu perubahan wujud

tertentu, yaitu sebagai berikut:

• Kalor laten lebur atau kalor lebur adalah banyaknya kalor yang

diserap untuk mengubah 1 kg zat dari wujud padat menjadi cair

pada titik leburnya.

• Kalor laten beku atau kalor beku adalah banyaknya kalor yang

dilepaskan untuk mengubah 1 kg zat dari wujud cair menjadi

padat pada titik bekunya.

Dengan demikian:

Kalor lebur = kalor beku

Titik lebur = titik beku

• Kalor laten didih atau kalor didih adalah banyaknya kalor yang

diserap untuk mengubah 1 kg zat dari wujud cair menjadi uap

pada titik didihnya.

• Kalor laten embun atau kalor embun adalah banyaknya kalor

yang dilepaskan untuk mengubah 1 kg zat dari wujud uap

menjadi cair pada titik embunnya.

Dengan demikian:

Kalor didih = kalor embun

Titik didih = titik embun

Akan ditinjau dua sistem yang berbeda dengan suhu awal T1

dan T2 dengan T1>T2. Jika dua sistem dihubungkan maka akan

Page 78: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 67

terjadi perpindahan panas sampai tercapai keadaaan setimbang

dengan anggapan tidak ada panas yang hilang/keluar dari sistem.

Dalam keadaan setimbang, kedua sistem mempunyai suhu yang

sama yaitu Ta yang disebut suhu akhir. Bentuk diagram yang paling

sederhana dari proses ini adalah sebagai berikut:

Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa sistem pertama

mengalami penurunan suhu, berarti sistem ini melepaskan panas

Q1, sedangkan sistem kedua mengalami kenaikan suhu yang berarti

sistem tersebut menerima panas Q2. Dalam keadaan ini berlaku

azas Black: panas yang dilepaskan sama dengan panas yang

diterima atau dapat dituliskan secara matematik sebagai berikut:

Q1 = Q2 ........................................................ (8)

m1. c1. (T1-Ta) = m2. c2. (Ta-T2) ................. (9)

Dari persamaan (9) dapat ditentukan besaran yang dicari.

6) Perpindahan Kalor

Kalor dapat berpindah dari tempat atau benda yang suhunya

tinggi ke tempat atau benda yang bersuhu rendah.

Ada tiga cara perpindahan kalor yang diketahui yaitu:

• cara konduksi (hantaran),

• cara konveksi (aliran),

• cara radiasi (pancaran).

Ta

Q1

Q2

T2

T1

Page 79: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 68

Konduksi (hantaran)

Sepotong logam yang dipanaskan salah satu ujungnya,

ternyata beberapa saat kemudian ujung yang lain akan menjadi

panas juga. Kalor merambat melalui batang logam tanpa ada

bagian-bagian logam yang pindah bersama kalor itu. Perpindahan

kalor tanpa disertai perpindahan partikel zat seperti ini disebut

konduksi perhatikan gambar di bawah ini.

Jika panjang batang =L, luas penampangnya =A dan selisih

suhu kedua ujungnya= T, maka jumlah kalor yang mengalir tiap

satu satuan waktu dapat dirumuskan:

H = k. A. T .......................................................... (10) L

dengan:

H = Q/t= jumlah kalor yang mengalir tiap satu satuan

waktu.

K = koefisien konduksi termal (daya hantar panas).

A = luas penampang.

T = selisih temperatur antara kedua ujung batang.

L = panjang batang (atau tebal untuk benda yang

berbentuk pelat).

L

Q AT2

T1

T1> T2

Page 80: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 69

Tabel 3: Koefisien Konduksi (Konduktivitas) Termal Beberapa Zat

No Zat/Bahan k (kJ/msK)Logam

1 Perak 4,2 x 10-1

2 Tembaga 3,8 x 10-1

3 Aluminium 2,1 x 10-1

4 Kuningan 1,0 x 10-2

5 Besi/baja 4,6 x 10-3

Zat Padat Lain1 Beton 1,7 x 10-3

2 Kaca 8,0 x 10-4

3 Batu bata 7,1 x 10-4

4 Kayu cemara 1,2 x 10-4

Zat Cair1 Air 5,7 x 10-4

Bahan Isolator1 Serbuk gergajian 5,9 x 10-5

2 Gabus 4,0 x 10-5

3 Wol gelas 3,9 x 10-5

4 Kapuk 3,5 x 10-5

Gas1 Hidrogen 1,7 x 10-4

2 Udara 2,3 x 10-4

Konduksi kalor dapat dipandang sebagai akibat perpindahan

energi kinetik dari satu partikel ke partikel yang lain melalui

tumbukan.

Pada bahan logam, terdapat elektron bergerak bebas.

Elektron-elektron ini berperan juga di dalam merambatkan energi

kalor, karena itu bahan logam menjadi panghantar kalor yang

sangat baik, dan disebut konduktor.

Konveksi (aliran)

Istilah konveksi dapat digunakan untuk pemindahan kalor

melalui fluida (cair dan gas). Pada konveksi, kalor berpindah

bersama-sama dengan perpindahan partikel zat.

Contoh sederhana dapat kita jumpai pada waktu kita merebus

(memanaskan air). Perhatikan gambar dibawah ini.

Page 81: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 70

Bagian air yang ada di bawah, menerima panas dari nyala api

pemanas. Air yang terkena api itu memuai dan massa jenisnya

menjadi kecil. Karena massa jenisnya kecil, bagian air ini naik dan

tempatnya digantikan oleh air yang masih dingin yang massa

jenisnya lebih besar. Bagian air yang dingin ini mendapatkan

panas pula, lalu naik seperti bagian air yang sebelumnya. Demikian

seterusnya, air berpindah (mengalir) sambil membawa kalor.

Jumlah kalor yang mengalir tiap satuan waktu dapat

dirumuskan:

H = h. A. T ......................................................... (11)

dengan:

H = jumlah kalor yang mengalir tiap satuan waktu

A = luas permukaan

T = perbedaan suhu

h = koefisien konveksi

Radiasi (pancaran)

Perpindahan kalor secara radiasi adalah perpindahan kalor

tanpa memerlukan medium (zat antara). Misalnya,perpindahan

panas dari matahari ke bumi. Walaupun matahari jauh dari bumi

dan bagian terbesar di antaranya hampa, energi matahari juga tiba

di bumi dan diserap sebagai kalor. Besarnya energi yang

dipancarkan tiap satuan luas dan tiap satuan waktu, oleh Josep

Stefan (1835-1893) dapat dirumuskan sebagai berikut:

W= e. . T4 ............................................................ (12)

Page 82: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 71

dengan:

E = emisivitas benda (0<e<1).

T = suhu permukaan benda (dalam kelvin).

= konstanta Stefan-Boltzman (5,67 x 10-8 watt/m2 K4).

W = energi yang dipancarkan tiap satuan luas dalam satu

satuan waktu (J/s).

Emisivitas benda (e) merupakan besaran yang bergantung

pada sifat permukaan benda. Benda hitam sempurna (black body)

mempunyai e=1. Benda ini merupakan pemancar dan penyerap

kalor yang baik.

c. Rangkuman

1. Kalor merupakan salah satu bentuk energi. Berarti kalor

merupakan besaran fisika yang dapat diukur.

2. Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kalor.

3. Satu kalori (kal) didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang

diperlukan untuk memanaskan 1 gram air sehingga suhunya naik

1oC.

4. Kalori, Joule, BTU, Kkal, merupakan satuan-satuan kalor.

5. Kalor jenis suatu zat didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang

diperlukan atau dilepaskan (Q) untuk menaikkan atau menurunkan

suhu satu satuan massa zat itu (m) sebesar satu satuan suhu ( T).

6. Kapasitas kalor (C) satuan zat dapat didefinisikan sebagai

banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepaskan (Q) untuk

mengubah suhu benda sebesar satu satuan suhu ( T).

7. Jika dua benda yang mempunyai suhu berbeda didekatkan

sehingga terjadi kontak termis, maka zat yang suhunya lebih tinggi

akan melepaskan kalor yang sama banyaknya dengan kalor yang

diserap oleh zat yang suhunya lebih rendah sehingga suhu akhir

kedua benda setelah kesetimbangan termis tercapai adalah sama.

Page 83: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 72

8. Perubahan wujud/fase dari ketiga wujud zat.

Keterangan gambar:

a = Menyublim.

b = Deposisi.

c = Mencair.

d = Membeku.

e = Mengembun.

f = Menguap.

9. Diagram perubahan wujud.

10.Kuantitas panas atau jumlah panas per satuan massa yang harus

diberikan pada suatu bahan pada titik leburnya supaya menjadi zat

cair seluruhnya pada suhu titik lebur disebut panas peleburan atau

kalor lebur.

PADAT

GAS

CAIR

b

d

e

f

c

a

T1

Q4

T2

Q2

Q5

TL

Q1

Q3

T4

Padat

Cair

Uap

T2

t

Page 84: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 73

11.Kuantitas panas atau jumlah panas persatuan massa yang harus

diberikan pada suatu bahan pada titik didihnya supaya menjadi

gas seluruhnya pada suhu titik didih disebut panas penguapan

atau kalor uap.

12.Panas yang lepas per satuan massa disebut panas pengembunan

atau mempunyai harga yang sama dengan panas penguapan

(kalor uap).

13.Apabila zat cair didinginkan maka akan kembali ke fase padat atau

membeku dan akan melepaskan panas yang disebut panas

pembekuan dan mempunyai harga yang sama dengan panas

peleburan.

14.Kalor laten lebur atau kalor lebur adalah banyaknya kalor yang

diserap untuk mengubah 1 kg zat dari wujud padat menjadi cair

pada titik lebur.Kalor laten beku atau kalor beku adalah banyaknya

kalor yang dilepaskan untuk mengubah 1 kg zat dari wujud cair

menjadi padat pada titik bekunya.

15.Kalor laten didih atau kalor didih adalah banyaknya kalor yang

diserap untuk mengubah 1 kg zat dari wujud cair menjadi uap

pada titik didihnya. Kalor laten embun atau kalor embun adalah

banyaknya kalor yang dilepaskan untuk mengubah 1 kg zat dari

wujud uap menjadi cair pada titik embunnya.

16. Perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan partikel zat disebut

konduksi.

Konveksi adalah perpindahan kalor yang diikuti oleh perpindahan

partikel-partikel zat tersebut. Perpindahan ini biasanya terjadi pada

zat cair dan gas.

Perpindahan kalor secara radiasi adalah perpindahan kalor tanpa

memerlukan medium (zat antara). Misalnya,perpindahan panas

dari matahari ke bumi.

Page 85: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 74

d. Tugas

Bacalah uraian materi berulang-ulang sampai anda memahami

rumus-rumus yang digunakan,kemudian kerjakan tes formatif. Bila

anda kesulitan mengerjakan tes formatif, maka pelajarilah lagi uraian

materi di atas sampai anda bisa mengerjakan tes formatif.

e. Tes Formatif

1. Jelaskan pengertian kalor dengan benar.

2. Jelaskan alat yang digunakan untuk mengukur kalor.

3. Jelaskan definisi satu kalori dengan benar.

4. Sebutkan satuan kalor yang lain dan konversinya.

5. Jelaskan pengertian kalor jenis suatu zat.

6. Jelaskan pengertian kapasitas kalor suatu zat.

7. Jelaskan azas Black beserta penerapannya.

8. Jelaskan perubahan wujud zat (melebur, membeku, menguap,

mengembun, deposisi, melenyap/menyublim.

9. Jelaskan diagram perubahan fase dan penerapannya.

10. Jelaskan panas peleburan atau kalor lebur.

11. Jelaskan panas penguapan atau kalor uap.

12. Jelaskan pengertian panas pengembunan.

13. Jelaskan pengertian panas pembekuan.

14. Jelaskan pengertian titik lebur dan titik beku.

15. Jelaskan pengertian titik didih dan titik pengembunan.

16. Jelaskan perbedaan perpindahan kalor secara konduksi,

konveksi dan radiasi.

f. Kunci Jawaban

1. Kalor merupakan salah satu bentuk energi. Berarti kalor

merupakan besaran fisika yang dapat diukur.

2. Kalorimeter.

Page 86: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 75

3. Satu kalori (kal) didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang

diperlukan untuk memanaskan 1 gram air sehingga suhunya naik

1oC.

4. Kalori, Joule, BTU, Kkal.

5. Kalor jenis suatu zat didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang

diperlukan atau dilepaskan (Q) untuk menaikkan atau menurunkan

suhu satu satuan massa zat itu (m) sebesar satu satuan suhu

T).

6. Kapasitas kalor (C) suatu zat dapat didefinisikan sebagai

banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepaskan (Q) untuk

mengubah suhu benda sebesar satu satuan suhu ( T).

7. Jika dua benda yang mempunyai suhu berbeda didekatkan

sehingga terjadi kontak termis, maka zat yang suhunya lebih tinggi

akan melepaskan kalor yang sama banyaknya dengan kalor yang

diserap oleh zat yang suhunya lebih rendah sehingga suhu akhir

kedua benda setelah kesetimbangan termis tercapai adalah sama.

8. Zat dapat mempunyai beberapa tingkat wujud yaitu padat, cair,

dan gas. Air dapat berubah bentuk dalam tiga wujud, yaitu di

bawah suhu 0oC berwujud padat atau es, antara 0oC dan 100oC

berwujud cair atau air, dan di atas 100oC pada tekanan atmosfer

berwujud gas atau uap air.

Dalam perubahan dari wujud yang satu ke wujud yang lain disertai

penyerapan kalor atau pelepasan kalor dan biasanya diikuti

perubahan volume. Perubahan wujud zat itu disebut juga

perubahan fase. Perubahan wujud/fase dari ketiga wujud zat.

PADAT

GAS

CAIR

b

d

e

f

c

a

Page 87: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 76

Keterangan gambar:

a = Menyublim.

b = Deposisi.

c = Mencair.

d = Membeku.

e = Mengembun.

f = Menguap.

9. Diagram perubahan wujud.

Pada awalnya suhu benda dapat dinaikkan sampai mencapai suhu

leburnya TL dengan menambahkan sejumlah panas Q1, setelah

mencapai suhu TL terus ditambahkan panas Q2 sehingga benda

melebur pada suhu TL. Setelah benda berubah wujud menjadi cair

kemudian suhunya dinaikkan hingga TU dengan menambahkan

panas sejumlah Q3. Pada kondisi ini ditambahkan panas sejumlah

Q4 sehingga benda berubah wujud menjadi uap pada suhu TU.

Setelah kondisi uap tercapai, suhu dinaikkan sampai mencapai

suhu T2 dengan menambahkan panas sejumlah Q5. Dari

keseluruhan proses tersebut dapat diketahui jumlah panas yang

diperlukan selama proses perubahan wujud/fase berlangsung.

10. Kuantitas panas atau jumlah panas per satuan massa yang harus

diberikan pada suatu bahan pada titik leburnya supaya menjadi zat

T1

Q4

T2

Q2

Q5

TL

Q1

Q3

T4

Padat

Cair

Uap

T2

t

Page 88: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 77

cair seluruhnya pada suhu titik lebur disebut panas peleburan atau

kalor lebur.

11. Kuantitas panas atau jumlah panas per satuan massa yang harus

diberikan pada suatu bahan pada titik didihnya supaya menjadi

gas seluruhnya pada suhu titik didih disebut panas penguapan

atau kalor uap.

12. Apabila panas dikeluarkan dari suatu gas, maka akan mengalami

penurunan suhu dan pada suhu mendidihnya gas ini kembali ke

fase cair, atau dikatakan gas itu mengembun. Saat mengembun,

gas melepaskan panas ke sekelilingnya sebesar jumlah yang sama

dengan kuantitas panas yang diperlukan untuk menguapkannya.

Panas yang lepas persatuan massa disebut panas pengembunan

atau mempunyai harga yang sama dengan panas penguapan

(kalor uap).

13. Apabila zat cair didinginkan maka akan kembali ke fase padat atau

membeku dan akan melepaskan panas yang disebut panas

pembekuan dan mempunyai harga yang sama dengan panas

peleburan.

14. Kalor laten lebur atau kalor lebur adalah banyaknya kalor yang

diserap untuk mengubah 1 kg zat dari wujud padat menjadi cair

pada titik lebur.Kalor laten beku atau kalor beku adalah banyaknya

kalor yang dilepaskan untuk mengubah 1 kg zat dari wujud cair

menjadi padat pada titik bekunya.

15. Kalor laten didih atau kalor didih adalah banyaknya kalor yang

diserap untuk mengubah 1 kg zat dari wujud cair menjadi uap

pada titik didihnya. Kalor laten embun atau kalor embun adalah

banyaknya kalor yang dilepaskan untuk mengubah 1 kg zat dari

wujud uap menjadi cair pada titik embunnya.

16. Perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan partikel zat seperti

ini disebut konduksi.

Page 89: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 78

Konveksi adalah perpindahan kalor yang diikuti oleh perpindahan

partikel-partikel zat tersebut. Perpindahan ini biasanya terjadi pada

zat cair dan gas.

Perpindahan kalor secara radiasi adalah perpindahan kalor tanpa

memerlukan medium (zat antara). Misalnya,perpindahan panas

dari matahari ke bumi.

Page 90: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 79

BAB III. EVALUASI

A. TES TERTULIS

Jawablah pertanyaan berikut dengan singkat dan jelas!

1. Jelaskan tentang kesetimbangan termal suatu sistem!

2. Jelaskan hukum ke-nol termodinamika/hukum kesetimbangan

termal!

3. Jelaskan penentuan skala suhu dibatasi pada penetapan dua titik

tetap!

4. Jelaskan minimal tujuh contoh besaran fisis yang berubah karena

adanya perubahan suhu!

5. Jelaskan sifat termometrik dengan benar disertai contoh

6. Jelaskan prinsip kerja lima macam termometer disertai contoh

dengan benar!.

7. Jelaskan konsep pemuaian/ekspansi temperatur dengan benar!

8. Jelaskan muai volume gas berkaitan dengan hukum Boyle, Charles,

Gay Lussac, dan Boyle-Gay Lussac.

9. Jelaskan pengertian kalor dengan benar.

10. Jelaskan definisi satu kalori dengan benar.

11. Jelaskan pengertian kalor jenis suatu zat.

12. Jelaskan azas Black beserta penerapannya.

13. mengembun, deposisi, melenyap/menyublim.

14. Jelaskan diagram perubahan fase dan penerapannya.

15. Jelaskan panas penguapan atau kalor uap.

16. Jelaskan pengertian panas pengembunan .

17. Jelaskan pengertian titik lebur dan titik beku.

18. Jelaskan perbedaan perpindahan kalor secara konduksi, konveksi

dan radiasi.

Page 91: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 80

B. TES PRAKTIK

1. Rumusan Masalah

Bagaimana menentukan skala pada termometer?.

2. Alat dan Bahan :

• Termometer tak berskala

• Termometer standar

• Kompor listrik

• Es dan air murni

• Gelas kimia

• Bejana pemanas dan penutupnya

• Kasa

• Statif

• Benang

• Kertas millimeter

3. Langkah-langkah :

1) Termometer tak berskala digantungkan dan dimasukkan dalam corong

dan disela-selanya ditumbuni dengan potongan-potongan es. Dibiarkan

beberapa saat sehingga es melebur dan tampak dibagian bawah

corong menetes air. Selanjutnya tempat berhentinya air raksa tersebut

diberi tanda dengan benang atau spidol dan tempat ini disebut dengan

titik tetap bawah (titik 0 0 C). untuk menentukan skala tetap atas (titik

1000C) dengan mendidihkan air dalam kaleng dengan menggunakan

kompor. Memasukkan termometer tak berskala melalui lubang

tutupnya dan dibiarkan beberapa saat didalam kaleng sampai air raksa

dalam termometer tidak berubah kemudian memberinya tanda spidol

atau benang.

2) Dengan menggunakan kertas millimeter dan batas-batas yang telah

diperoleh dari percobaan dibuat skala termometer untuk rentang 00C

sampai 1000C .

Page 92: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 81

3) Membendingkan skala yang telah diperoleh dari percobaan tadi

dengan skala termometer standar. Kemudian menggunakan kedua

termometer untuk mengukur suhu suatu benda secara bersama-sama.

Tabel Pengamatan

Perc. keTermometer

standar (oC)Pada skala mm

Suhu pada skala

yang dibuat

1

2

3

4

5

6

.......

Page 93: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 82

KUNCI JAWABAN

A. KUNCI JAWABAN TES TERTULIS

1. Kesetimbangan termal adalah suatu keadaan dimana suhu antara dua

benda atau lebih dalam keadaan sama atau tidak terjadi pertukaran

kalor.

2. Jika sistem A setimbang dengan sistem B dan sistem A setimbang

dengan sistem C, maka sistem B setimbang dengan sistem C.

3. Untuk menentukan skala suhu secara kuantitatif diperlukan suatu titik

tetap. Sebelum tahun 1954, digunakan dua titik tetap yaitu titik uap

(steam point) yang dinyatakan sebagai titik tetap atas dan titik es (ice

point) yang dinyatakan sebagai titik tetap bawah.

4. Beberapa besaran fisis yang berubah karena adanya perubahan suhu

antara lain

• perubahan panjang kolom cairan (L)

• hambatan listrik pada kawat (R)

• tekanan gas pada volume konstan (P)

• volume gas pada tekanan konstan (V)

• gaya gerak listrik ( )

• intensitas cahaya (I)

5. Sifat termometrik (thermometric property) adalah besaran-besaran fisis

yang berubah bila suhunya berubah. Contoh:

• perubahan panjang kolom cairan (L)

• hambatan listrik pada kawat (R)

• tekanan gas pada volume konstan (P)

• volume gas pada tekanan konstan (V)

• gaya gerak listrik ( )

• intensitas cahaya (I)

Page 94: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 83

6. Termometer Zat Cair dalam Gelas

Prinsip kerja termometer jenis ini adalah berdasarkan pemuaian zat cair

yang ada di dalam tabung kapiler pada termometer tersebut.

Termometer Gas Volume Tetap

Prinsip kerja termometer ini adalah berdasarkan pemuaian zat gas pada

termometer tersebut. Dan Pengukuran suhu pada thermometer gas

volume tetap dirumuskan:

T(P) = 273,16 K. P Ptr

Pirometer

Prinsip kerja termometer ini adalah berdasarkan perubahan hambatan

sebagai fungsi dari perubahan suhu. Pirometer ini khusus untuk

mengukur suhu yang sangat tinggi, misalnya suhu cairan logam di

pabrik pengelolaan logam. Di dunia industri, selain pirometer hambatan,

dikenal juga yang disebut pirometer optik (optical pyrometer). Dan

pengukuran suhu pada pirometer optik dirumuskan sebagai berikut:

T(I) = 273,16 K. I It

Termokopel

Prinsip kerja termometer ini adalah berdasarkan perubahan gaya gerak

listrik (ggl) sebagai fungsi dari perubahan suhu. Besarnya ggl yang

terjadi dimanfaatkan untuk pengukuran suhu. Dan pengukuran suhu

pada termokopel dirumuskan sebagai berikut:

T( ) = 273,16 K. tr

Termometer Hambatan Listrik

Prinsip kerja termometer ini adalah dengan cara menempelkan

termometer pada permukaan zat yang suhunya akan diukur atau

Page 95: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 84

diletakkan dalam lubang yang digurdi untuk maksud itu. Biasanya

hambatan diukur dengan mempertahankan arus tetap yang besarnya

diketahui dalam termometer itu dan mengukur beda potensial kedua

ujung hambat dengan pertolongan potensiometer yang sangat peka.

Dan pengukuran suhu pada termometer hambatan listrik dirumuskan

sebagai berikut:

T(R) = 273,16 K. R Rt

7. Pemuaian adalah perubahan ukuran suatu benda akibat perubahan

suhu yang terjadi pada benda tersebut. Hal ini disebabkan adanya

gerak partikel yang terjadi di dalam zat yang saling bertumbukkan.

8. Pemuaian zat cair dan gas

Zat cair atau gas selalu mengikuti bentuk wadah zat cair atau gas

dimasukkan ke dalam botol, maka bentuknya menyerupai botol. Karena

mempunyai sifat tersebut, maka zat cair dan zat gas hanya mengalami

muai volume saja.

Secara umum, pada pemuaian zat cair dan gas berlaku:

= V/ (Vo. T)

Atau:

V = . (Vo. T)

dengan V= pertambahan volume (m3)

V=VT –Vo

dan

VT = Vo (1 + . T)

Pada pemuaian gas tidaklah sesederhana muai zat padat dan muai zat

cair. Pada sistem gas juga hanya terdapat koefisien muai ruang saja.

Jadi pada hakekatnya, akibat kenaikan suhu di dalam gas tertentu akan

terdapat perubahan volume dan tekanan.

Pada pembahasan yang berkaitan dengan sejumlah massa gas, ada hal-

Page 96: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 85

hal yang perlu diperhatikan antara lain:

• volume (V)

• tekanan (P)

• suhu (T)

Ketiga hal itu saling berkaitan, berhubungan dan dapat berubah-ubah.

Adapun hubungan-hubungan yang dapat terjadi adalah sebagai berikut:

• Hubungan tekanan gas (P) dan volume gas (V) dengan suhu gas (T)

tetap yang disebut proses isotermis. Hasil eksperimen Robert Boyle

disimpulkan sebagai hukum Boyle, dapat dinyatakan sebagai berikut:

”Pada suhu konstan, tekanan gas berbanding terbalik terhadap

volume”

Secara matematis dinyatakan sebagai berikut:

P = konstanta atau P. V = konstanta V

Sehingga berlaku: P1. V1 = P2. V2

Dengan: P = tekanan gas (N/m2; pascal =Pa)

V = volume gas (m3)

• Hubungan volume gas (V) dan suhu gas (T) dengan tekanan gas (P)

tetap yang disebut proses isobaris. Hasil eksperimen Charles

disimpulkan sebagai hukum Charles, dapat dinyatakan sebagai

berikut:

”Pada tekanan konstan, volume gas dengan massa tertentu

sebanding dengan suhu mutlaknya”.

Secara matematis dinyatakan sebagai berikut:

V = C. T atau V = C T

Sehingga berlaku: V1 = V2

T1 T2

Dengan: V = volume (m3)

T = suhu mutlak (K)

C = konstanta.

Page 97: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 86

• Hubungan tekanan gas (P) dan suhu gas (T) dengan volume gas

(V) tetap yang disebut proses isokhoris atau isovolume. Hasil

eksperimen Gay Lussac disimpulkan sebagai hukum Gay Lussac,

dapat dinyatakan sebagai berikut:

Pada volume konstan, tekanan gas dengan massa tertentu

sebanding dengan suhu mutlaknya.

Secara matematis dinyatakan sebagai berikut:

P = C. T atau P = C T

Sehingga berlaku: P1 = P2

T1 T2

Dengan: P = tekanan (N/m2; pascal = Pa)

T = suhu mutlak (K)

C = konstanta

• Hubungan tekanan gas (P), volume gas (V) dan suhu gas (T). Hasil

eksperimen Boyle, Gay Lussac dan Charles disimpulkan sebagai

hukum Boyle- Gay Lussac, yang diasumsikan bahwa tekanan dan

suhu gas sama di setiap bagian gas tersebut. Hal ini berarti gas

berada dalam keadaan setimbang mekanis dan termis. Jika

perumusan Boyle, Gay Lussac dan Charles digabungkan maka

diperoleh perumusan sebagai berikut:

Secara matematis dinyatakan sebagai berikut:

P. V = C. T atau P. V = C T

Sehingga berlaku: P1. V1 = P2. V2

T1 T2

Dengan: P = tekanan (N/m2; pascal = Pa)

V = volume (m3)

T = suhu mutlak (K)

C = konstanta

9. Kalor merupakan salah satu bentuk energi. Berarti kalor merupakan

besaran fisika yang dapat diukur.

Page 98: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 87

10. Satu kalori (kal) didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan

untuk memanaskan 1 gram air sehingga suhunya naik 1oC.

11. Kalor jenis suatu zat didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang

diperlukan atau dilepaskan (Q) untuk menaikkan atau menurunkan

suhu satu satuan massa zat itu (m) sebesar satu satuan suhu ( T).

12. Jika dua benda yang mempunyai suhu berbeda didekatkan sehingga

terjadi kontak termis, maka zat yang suhunya lebih tinggi akan

melepaskan kalor yang sama banyaknya dengan kalor yang diserap

oleh zat yang suhunya lebih rendah sehingga suhu akhir kedua benda

setelah kesetimbangan termis tercapai adalah sama.

13. Diagram perubahan wujud.

Pada awalnya suhu benda dapat dinaikkan sampai mencapai suhu

leburnya TL dengan menambahkan sejumlah panas Q1, setelah

mencapai suhu TL terus ditambahkan panas Q2 sehingga benda melebur

pada suhu TL. Setelah benda berubah wujud menjadi cair kemudian

suhunya dinaikkan hingga TU dengan menambahkan panas sejumlah

Q3. Pada kondisi ini ditambahkan panas sejumlah Q4 sehingga benda

berubah wujud menjadi uap pada suhu TU. Setelah kondisi uap tercapai,

suhu dinaikkan sampai mencapai suhu T2 dengan menambahkan panas

sejumlah Q5. Dari keseluruhan proses tersebut dapat diketahui jumlah

panas yang diperlukan selama proses perubahan wujud/fase

berlangsung.

T1

Q4

T2

Q2

Q5

TL

Q1

Q3

T4

Padat

Cair

Uap

T2

t

Page 99: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 88

Lembar Penilaian Tes Peserta

Nama Peserta :No. Induk :Program Keahlian :Nama Jenis Pekerjaan :

PEDOMAN PENILAIAN

No. Aspek Penilaian SkorMaks.

SkorPerolehan Keterangan

1 2 3 4 5

Perencanaan1.1.Persiapan alat dan bahan.1.2.pengenalan terhadap alat ukur

yang digunakan.

23

I

Sub total 5Model Susunan2.1. Merangkai alat dan bahan sesuai

dengan gambar.5

II

Sub total 5Proses (Sistematika & Cara kerja)3.1. Cara melakukan pengukuran.3.2. Cara membaca skala termometer.3.3. Cara membaca skala neraca

ohauss.3.4. Cara menuliskan hasilpengukuran.3.5. Cara menganalisis data.

777

77

III

Sub total 35

Kualitas Produk Kerja4.1. Rangkaian yang disusun sesuai.4.2. Data-data yang diperoleh sesuai.4.3. Kegiatan diselesaikan dengan

waktu yang telah ditentukan.

52010

IV

Sub total 35

Sikap/Etos Kerja5.1.Tanggung jawab.5.2.Ketelitian.5.3.Inisiatif.5.4.Kemandirian.

2332

V

Sub total 10

Laporan6.1.Sistematika penyusunan laporan.6.2.Ketepatan merumuskan simpulan.

46

Sub total 10

VI

Total 100

Page 100: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 89

KRITERIA PENILAIAN

No Aspek Penilaian Kriteria penilaian skor(1) (2) (3) (4)

I

Perencanaan§ Persiapan alat dan bahan.

§ Pengenalan terhadap alatukur yang digunakan.

- Alat dan bahan disiapkansesuai dengan kebutuhan.

- Alat dan bahan yang disiapkantidak sesuai dengankebutuhan.

- Mengenal semua alat ukuryang digunakan.

- Hanya mengenal sebagian.

2

1

3

2

II

Model Susunan§ Merangkai alat dan bahan

sesuai dengan gambar.- Alat dan bahan yang dirangkai

sesuai dengan petunjuk.- Alat dan bahan yang dirangkai

tidak sesuai dengan petunjuk.

5

2

III

Proses (Sistematika danCara Kerja)§ Cara melakukan pengukuran.

§ Cara membaca skalatermometer.

§ Cara membaca skala neracaohauss.

§ Cara menuliskan hasilpengukuran.

§ Cara menganalisis data.

- Tepat sesuai denganketentuan.

- Kurang tepat.

- Pandangan tegak lurus denganjarum penunjuk alat.

- Jarak pandang dengan alatkurang pas.

- Pandangan tegak lurus denganskala penunjuk.

- Pandangan tidak tegak lurusdengan skala penunjuk.

- Sesuai dengan besaran yangdiukur dan stauannya.

- Tidak sesuai dengan besaranyang diukur dan satuannya.

- Menggunakan metode grafik.- Dihitung langsung tanpa grafik.

7

3

7

3

7

4

7

3

75

Page 101: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 90

IV

Kualitas Hasil Kerja§ Rangkaian yang disusun

sesuai.

§ Data-data yang diperolehsesuai.

§ Kegiatan diselesaikandengan waktu yang telahditentukan.

- Rapi dan mudah diamati.- Tidak rapi.

- Sesuai dengan besaran yangdiukur.

- Tidak sesuai dengan besaranyang diukur.

- Menyelesaikan pekerjaan lebihcepat dari waktu yangditentukan.

- Menyelesaikan pekerjaan tepatwaktu.

- Menyelesaikan pekerjaanmelebihi waktu yangditentukan.

52

20

5

8

10

2

V

Sikap/Etos Kerja§ Tanggung jawab.

§ Ketelitian.

§ Inisiatif.

§ Kemandirian.

- Merapikan kembali alat danbahan yang telah digunakan.

- Tidak merapikan alat setelahmelaksanakan kegiatan.

- Tidak banyak melakukankesalahan kerja.

- Banyak melakukan kesalahankerja.

- Memiliki inisiatif dalam bekerja.- Kurang/tidak memiliki inisiatif.

- Bekerja tanpa banyakdiperintah.

- Baru bekerja setelahdiperintah.

2

1

3

1

3

1

2

1

VI

Laporan§ Sistematika penyusunan

laporan.

§ Ketepatan merumuskansimpulan.

- Laporan disusun sesuai dengansistematika.

- Laporan disusun tanpasistematika.

- Simpulan sesuai dengantujuan.

- Simpulan tidak sesuai tujuan.

4

2

6

3

Page 102: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 91

BAB IV. PENUTUP

Setelah menyelesaikan modul ini, anda berhak untuk mengikuti tes

praktik untuk menguji kompetensi yang telah anda pelajari. Apabila anda

dinyatakan memenuhi syarat kelulusan dari hasil evaluasi dalam modul ini,

maka anda berhak untuk melanjutkan ke modul berikutnya, dengan topik

sesuai dengan peta kedudukan modul.

Jika anda sudah merasa menguasai modul, mintalah guru/instruktur

anda untuk melakukan uji kompetensi dengan sistem penilaian yang

dilakukan oleh pihak dunia industri atau asosiasi profesi yang kompeten

apabila anda telah menyelesaikan suatu kompetensi tertentu. Atau apabila

anda telah menyelesaikan seluruh evaluasi yang disediakan dalam modul

ini, maka hasil yang berupa nilai dari guru/instruktur atau berupa

portofolio dapat dijadikan sebagai bahan verifikasi oleh pihak industri atau

asosiasi profesi. Selanjutnya hasil tersebut dapat dijadikan sebagai penentu

standar pemenuhan kompetensi tertentu dan apabila memenuhi syarat

anda berhak mendapatkan sertifikat kompetensi yang dikeluarkan oleh

industri atau asosiasi profesi.

Page 103: 16. Suhu Dan Kalor

Modul FIS.16 Suhu dan Kalor 92

DAFTAR PUSTAKA

Foster, Bob, 2000. Fisika SMU Kelas 2. Jakarta : Penerbit Erlangga.

Halliday dan Resnick, 1991. Fisika Jilid I (Terjemahan). Jakarta: PenerbitErlangga.

Halpern, A. 1988. Schaum’s 3000 Solved Problems in Physics. Singapore:

McGraw Hill,

Hewitt, P.G., 1987. Conceptual Physics. California: Addison Wesley

Publishing Company, Inc.

Kanginan, M., 2001. Fisika 2000 SMU Kelas 2. Jakarta : Penerbit Erlangga